P掺杂对Co制造技术

技术编号:24891427 阅读:16 留言:0更新日期:2020-07-14 18:17
本发明专利技术公开了一种P掺杂对Co

【技术实现步骤摘要】
P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法
本专利技术涉及计算材料化学
,尤其涉及一种P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法。
技术介绍
人们在水分解制备方面迫切需要研究价格低廉、藏量丰富、催化性能高的材料来替代贵金属基电催化剂。自从过渡金属硫化物渐渐进入了人们的视野,它成为了催化领域和其他新能源领域最受欢迎的材料之一,它有希望在未来取代贵金属基材料。因此,关于过渡金属硫化物在水分解催化方面的研究就显得尤为重要,在这些过渡金属硫化物的研究中,大部分是有关Co元素的材料。理论预测成为了研究水分解催化材料的一种重要手段。以过渡金属硫化物Co3S4为研究对象,需要一种P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法,用以探讨P掺杂对Co3S4催化性能的积极性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法,在传统密度泛函理论计算的基础上,应用先进的计算方法,包括DFT+U、范德华力修正,准确理解Co3S4的电子结构、磁学等基础性质,用以探讨P掺杂对Co3S4催化性能的积极性。为实现上述目的,本专利技术提供了一种P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法,包括:对Co3S4反铁磁构型进行能量计算和比较,确定反铁磁磁序;基于不同浓度的P掺杂Co3S4,分析Co3S4的水分解催化性能;基于电荷密度和电子态密度分析不同浓度的P掺杂对Co3S4体系电子性质的改变。在一实施方式中,对Co3S4反铁磁构型进行能量计算和比较,确定反铁磁磁序,具体步骤包括:通过改变Co3S4块体中+2价Co原子的自旋方向,建立铁磁构型和三种反铁磁构型;计算铁磁构型和三种反铁磁构型对应的能量和晶格常数;比较得出铁磁构型和三种反铁磁构型的能量大小顺序。在一实施方式中,基于不同浓度的P掺杂Co3S4,分析Co3S4的水分解催化性能,具体步骤包括:建立不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型;计算不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型中各原子对应的析氢自由能ΔGH。在一实施方式中,计算不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型中各原子对应的析氢自由能ΔGH,具体包括:ΔGH=ΔEH-TΔSH+ΔEZPE;ΔEH=E(M+H)-E(M)-E(H2)/2;ΔEZPE=ZPE(H*)-1/2ZPE(H2);其中,ΔEH表示H原子吸附在表面的吸附能,E(M+H)为H吸附后的体系能量,E(M)为表面能量,E(H2)为一个H2分子的能量;ZPE(H*)为吸附态H的零点能,ZPE(H2)为气态H2的零点能,TΔSH为反应熵变,ΔSH=-1/2ΔSH2,ΔSH2为气态H2在标准条件下的熵,T为反应温度。在一实施方式中,基于不同浓度的P掺杂Co3S4,分析Co3S4的水分解催化性能,具体步骤还包括:建立不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型对应的在0电位和对应理论过电位下的析氧反应路径自由能图。在一实施方式中,建立不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型对应的在0电位和对应理论过电位下的析氧反应路径自由能图,具体包括:以H2O、OH*、O*、OOH*、O2为横坐标,析氧反应路径自由能为纵坐标建立在0电位和对应理论过电位下的析氧反应路径自由能图。在一实施方式中,基于电荷密度和电子态密度分析不同浓度的P掺杂对Co3S4体系电子性质的改变,具体步骤包括:建立不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型对应的电荷密度图,确定P原子附近的电荷密度。在一实施方式中,基于电荷密度和电子态密度分析不同浓度的P掺杂对Co3S4体系电子性质的改变,具体步骤还包括:建立不同浓度的P掺杂Co3S4表面的析氧活性位点Co的d轨道态密度图,分析电子性能。本专利技术的一种P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法,通过对Co3S4反铁磁构型进行能量计算和比较,确定反铁磁磁序;基于不同浓度的P掺杂Co3S4,分析Co3S4的水分解催化性能;基于电荷密度和电子态密度分析不同浓度的P掺杂对Co3S4体系电子性质的改变。准确体现了Co3S4体系中Co原子的磁性;确定了Co3S4体系的反铁磁磁序。分析得到了影响P掺杂Co3S4表面水分解催化性能的内在原因。在传统密度泛函理论计算的基础上,应用先进的计算方法,包括DFT+U、范德华力修正等,准确理解Co3S4的电子结构、磁学等基础性质,用以探讨P掺杂对Co3S4催化性能的积极性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法的流程示意图;图2是本专利技术的通过改变Co3S4块体中+2价Co原子的自旋方向,建立的铁磁构型和三种反铁磁构型示意图;图3是本专利技术的不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型示意图;图4是本专利技术的不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型对应的电荷密度图示意图;图5是本专利技术的Co3S4在0电位和对应理论过电位下的析氧反应路径自由能图;图6是本专利技术的P-Co3S4在0电位和对应理论过电位下的析氧反应路径自由能图;图7是本专利技术的2P-Co3S4在0电位和对应理论过电位下的析氧反应路径自由能图;图8是本专利技术的Co3S4表面的析氧活性位点Co的d轨道态密度图;图9是本专利技术的P-Co3S4表面的析氧活性位点Co的d轨道态密度图;图10是本专利技术的2P-Co3S4表面的析氧活性位点Co的d轨道态密度图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本专利技术,而不能理解为对本专利技术的限制。请参阅图1,图1是本专利技术实施例提供的一种P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法的流程示意图;具体的,所述P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法可以包括以下步骤:S101、对Co3S4反铁磁构型进行能量计算和比较,确定反铁磁磁序;本专利技术实施例中,请参阅图2,图2是本专利技术的通过改变Co3S4块体中+2价Co原子的自旋方向,建立的铁磁构型和三种反铁磁构型示意图;具体的通过改变Co3S4块体中+2价Co原子的自旋方向,建立铁磁构型和三种反铁磁构型;计算铁磁构型和三种反铁磁构型对应的能量和晶格常数;比较得出铁磁构型和三种反铁磁构型的能量大小顺序。铁磁构型和三种反铁磁构型包括+2价Co原子、+3价Co原子和S原子,+2价Co本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种P掺杂对Co

【技术特征摘要】
1.一种P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法,其特征在于,包括:
对Co3S4反铁磁构型进行能量计算和比较,确定反铁磁磁序;
基于不同浓度的P掺杂Co3S4,分析Co3S4的水分解催化性能;
基于电荷密度和电子态密度分析不同浓度的P掺杂对Co3S4体系电子性质的改变。


2.如权利要求1所述的P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法,其特征在于,对Co3S4反铁磁构型进行能量计算和比较,确定反铁磁磁序,具体步骤包括:
通过改变Co3S4块体中+2价Co原子的自旋方向,建立铁磁构型和三种反铁磁构型;
计算铁磁构型和三种反铁磁构型对应的能量和晶格常数;
比较得出铁磁构型和三种反铁磁构型的能量大小顺序。


3.如权利要求1所述的P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法,其特征在于,基于不同浓度的P掺杂Co3S4,分析Co3S4的水分解催化性能,具体步骤包括:
建立不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型;
计算不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型中各原子对应的析氢自由能ΔGH。


4.如权利要求3所述的P掺杂对Co3S4水分解催化性能调控的第一性原理预测方法,其特征在于,计算不同浓度的P掺杂Co3S4表面构型中各原子对应的析氢自由能ΔGH,具体包括:
ΔGH=ΔEH-TΔSH+ΔEZPE;
ΔEH=E(M+H)-E(M)-E(H2)/2;
ΔEZPE=ZPE(H*)-1/2ZPE(H2);
其中,ΔEH表示H原子吸附在表面的吸附能,E(M+H)为H吸附后的体系能量,E(...

【专利技术属性】
技术研发人员:王荣智
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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