拓扑量子催化:TiSi家族的拓扑节线态和潜在催化析氢性能(英文)

查看全文 作　　者：[1]李江旭;[1,2]马会;[1,3]谢庆;[1]封少波;Sami [1,3]Ullah;[1]李荣汉;[2]董俊华;[1]李殿中;[1]李依依;[1]陈星秋

机构地区：[1]Shenyang National Laboratory for Materials Science, the Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Shenyang 110016, China;[2]Environmental Corrosion Center, the Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China;[3]University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

出　　处：《Science China Materials》索引2018年第61卷第1期,共7页

基　　金：supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars (51725103);the National Natural Science Foundation of China (51671193 and 51474202);the Science Challenging Project (TZ2016004);All calculations have been performed on the high-performance computational cluster in Shenyang National University Science and Technology Park and the National Supercomputing Center in Guangzhou (TH-2 system) with special program for applied research of the NSFC-Guangdong Joint Fund (the second phase) (U1501501) 摘　　要：拓扑节线半金属具有体能带反转形成的闭合环状狄拉克节线.体狄拉克节线投影到某些表面会形成闭合的圈,圈内会出现受拓扑保护的能量色散非常小的鼓膜状表面态,导致在费米能级具有高的电子密度.目前,为寻求贵金属铂的替代物,新的析氢反应催化剂需要具有高电子密度的催化活性位置,高的载流子移动性和恰当的热力学稳定性(ΔG≈0).由鉴于此,我们考虑具有稳定拓扑非平庸表面态的狄拉克节线半金属是否可以作为析氢催化的平台.基于第一性原理计算,我们提出TiSi型拓扑节线态半金属新家族.在其倒空间k_y=0面,反转的两条能带相交形成闭合的狄拉克节线环.氢吸附过程计算表明,拓扑狄拉克节线完整投影的(010)表面氢吸附自由能ΔG几乎为0.并且,拓扑电荷载流子也参与到了析氢过程.综上,我们提出拓扑狄拉克节线系统可以利用其鼓膜类拓扑表面态作为拓扑量子催化的平台,并认为TiSi家族材料有望成为析氢反应的催化剂,这种催化设计路线主要利用拓扑节线材料非平庸鼓膜类表面态作为催化活性位置,与以往传统通过缺陷、界面修饰和构筑等调控催化剂存在本质不同. 关键词：析氢性能催化剂拓扑节线家族量子热力学稳定性第一性原理计算

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