【摘 要】
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二维单层过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物（MXene）作为一种环境友好的新型二维材料,在催化剂方面有着巨大潜力。本研究采用密度泛函理论计算方法研究了二维材料MXene-Ti2CO2与单原子催化剂（SACs,V原子负载的单层MXene-Ti2CO2）的催化性能对比。CO作为指标气体,NH3作为实验气体,研究添加单原子对Ti2CO2催化能力的影响。并采用密度泛函理论计算方法对Ti2CO2及V/Ti2C
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二维单层过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物（MXene）作为一种环境友好的新型二维材料,在催化剂方面有着巨大潜力。本研究采用密度泛函理论计算方法研究了二维材料MXene-Ti2CO2与单原子催化剂（SACs,V原子负载的单层MXene-Ti2CO2）的催化性能对比。CO作为指标气体,NH3作为实验气体,研究添加单原子对Ti2CO2催化能力的影响。并采用密度泛函理论计算方法对Ti2CO2及V/Ti2CO2的光学性质进行了系统的研究。主要研究工作和结论如下:（1）基于利用基于GGA-PBE泛函进行几何优化弛豫后的Ti2CO2的最优构型的晶格构型为p3m1,该晶格构型为六方晶体,两个边等长（a=b≠c）,它们的夹角γ=120°晶格参数为a=b=3.032?。此外的O-Ti、Ti-C键的键长分别为1.943?、2.222?,这与先前文献中的数据一致（O-Ti、Ti-C键的键长分别为1.98?、2.19?）。C-Ti-O键的键角为84.971°,C-Ti-C键的键角为86.044°。状态密度（DOS）显示Ti2CO2是非磁性的,极少的电子占据了价带中的-1到0e V的范围。因此,只有极少的电子可以被激发到导带,这导致了不良的导电性。（2）本研究分别将单原子V放置于三个位点上,得在三个位点的V单原子的内聚能都要小于单原子在载体上的结合能的绝对值,所以单原子V位于三个位点都时不会形成聚集形成团簇。测得在位点“3”的结合能最大最稳定,于是选择V位于位点“3”时的单原子催化剂V/Ti2CO2作为之后的研究材料在通过Materials-studio优化处理之后的V单原子附着位点“3”的p（3×3）Ti2CO2超晶胞,显然V对周围的原子产生了影响,V-C之间的距离由一开始1.9?变化为3.266?。离V原子距离最近的Ti-O键的键长由一开始的1.943?增大为2.216?。离V原子距离最近的TI-C键的键长由一开始的2.222?变化为2.187?。离V原子距离最近的O-Ti-C键的键角增大为91.055°。分波态密度（PDOS）、电荷分析以及差分电荷密度的结果表明单原子与载体之间有强相互作用,V能都稳定的负载在载体表面上。（3）本文将Ti2CO2和单原子催化剂V/Ti2CO2分别与CO气体分子进行模拟仿真,最终结果看出Ti2CO2与一氧化碳分子几乎没有反应,但和单原子催化剂V/Ti2CO2与一氧化碳分子有明显的反应,所以一氧化碳分子作为经典的催化性能指标指气体,可证明V负载在单层Ti2CO2对Ti2CO2的催化剂性能有着明显提升,随后再将单原子催化剂V/Ti2CO2与氨气分子进行仿真模拟,在单原子催化剂V/Ti2CO2与氨气分子仿真的结果来看,V/Ti2CO2对氨气分子有着显著的吸附性能。（4）模拟所得的光吸收谱表明,负载V之后二维材料的光吸收能力有所增强。在可见光区域,相比之前多一个吸收峰,整体吸收水平也有所提高。因此,单原子催化剂V/Ti2CO2有作为光催化剂的潜力,可将其用于降解一些有害的化合物或者气体。一定程度的提升。因此,单原子催化剂V/Ti2CO2有作为光催化剂的潜力。
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