受支撑的二维纳米结构材料在催化方面的应用:覆盖层上、下的物理

It is known that the interaction between 2D cover and metal substrate has an significant impact on the catalytic performance of nano-catalysts. In fact, not only on the metal surface, the space between the two layers can also serve as a catalytic reaction zone. The micro-environment formed between the 2D cover and the substrate can be used to tune the surface reaction characteristics and design high performance nano-catalysts associated with 2D overlayers. In this project, we intend to study and optimize the performance of catalysts based on supported 2D nano-structured materials, and make bold innovations in exploring catalytic reactions that may occur in the above and below of the cover, and in the design and regulation of efficient catalysts. By controlling the electronic structure of the system by screening 2D materials and the surface of the substrate, controlling the spatial position and introducing defects, etc., the interaction between the coating and the substrate can be modulated to find a physical image that enhances or improves the reaction efficiency, and reveals the regulation of the regulatory law and internal mechanism.

研究发现，二维材料-金属衬底相互作用对纳米结构催化剂的催化性能有重要影响。其实,不仅仅是在金属表面，两层结构之间的区域也可以作为催化反应的区域。通过用2D材料涂覆催化剂表面形成的微观环境可以用于调节表面反应性，该方法可用于通过范德华相互作用而连接的两个层之间的反应，有助于设计与2D材料覆盖层相关的高性能纳米催化剂。该课题中，我们拟研究优化基于受支撑的2D纳米结构材料催化剂的性能，探索覆盖层上、下区域可能发生的催化反应工作原理，在高效催化剂设计与调控方面大胆创新。通过对二维材料及衬底表面的筛选，空间位置的调控，引入缺陷等方法调控体系的电子结构，从而调制覆盖层与衬底之间的相互作用，找到增强或改善反应效率的物理图像，并揭示该调控方法的规律和内在机制。

我们完成了一系列新型二维层状材料如磷烯、氮化 硼、硅烯、碳氮基材料、MoO2以及几种异质结的计算模拟研究。具体地，我们发现过渡金属原子吸附是一种可行的官能化磷烯纳米带的方法；氢化的双层氮化硼利用自身具有的内建电场的特点有效地降低了光生电子、空穴的复合几率，且体系满足水裂解制氢的必要条件，该构型能充分利用可见光；可以通过施加额外电场的方式去调控 H-BNBN-H 结构的带隙，H与F原子分别在两侧对硅烯表面进行修饰，体系较好地符合光解水制氢过程中对催化剂的要求；B 或P掺杂的多孔石墨烯结构C2N将是可用于可见光水分解的潜力型光催化剂，且C2N具有很好的电催化HER的潜力，为优化替代Pt的HER活性开辟了一个新的窗口；锂饰g-CN 是室温下很有前途的储氢材料；可用于氦分离的纳米多孔CN膜；锚定了Pd或Pt的CN单层作为CO氧化的有效催化剂；石墨烯的同素异形体Net W是一种高效的锂离子电池电极材料；MoO2是一种理想的具有高电容率和高迁移率的新型阳极材料；改变磷烯和氮化硼层之间的距离可以调节异质结的带隙；异质结SiC(GeC)/MoS2，C3N4/β-As和C3N4/β-Sb具有优异的电子和光学特性。