煤的氣化技術(shù)可以有效地解決潔凈煤的利用問題，但煤氣化過程中砷等有害金屬的揮發(fā)問題也不容小覷。本文基于密度泛函理論（DFT），研究了As
4在不同碳基單原子Ti/V/Cr/Mn吸附劑(氮原子摻雜、單空位和雙空位)表面的吸附特性。分析了單原子吸附劑的幾何形狀、吸附構(gòu)型、吸附能、電子結(jié)構(gòu)、電子密度等數(shù)據(jù)。通過對比分析16種吸附劑的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)雙缺氮摻雜基底的催化劑具有較高的穩(wěn)定性。通過對電荷轉(zhuǎn)移和態(tài)密度的分析，發(fā)現(xiàn)單原子吸附劑催化劑對As
4的吸附與電荷轉(zhuǎn)移和雜化有關。特別是氮原子的摻雜可以增強體系的電荷轉(zhuǎn)移和雜化能力。在16種吸附劑中，雙空位氮摻雜鈦催化劑是一種很有前途的As
4吸附劑，為進一步研究單原子催化劑表面吸附有毒氣體和設計新型非金屬吸附劑提供了參考。
圖1. 過渡元素摻雜石墨烯的幾何構(gòu)型。
圖2. As
4的幾何結(jié)構(gòu)。
圖3. As
4在Ti/SV-GN上的三種可能吸附構(gòu)型。
圖4. Ti/GS最穩(wěn)定的四種吸附構(gòu)型。
圖5. V/GS最穩(wěn)定的四種As
4吸附構(gòu)型。
圖6. Cr/GS最穩(wěn)定的三種As
4吸附構(gòu)型。
圖7. Mn/GS最穩(wěn)定的三種As
4吸附構(gòu)型。
圖8. TE/GS催化劑上氣體吸附總的態(tài)密度。
圖9. TE/GS上As
4的吸附能。
圖10. 四種不同Ti/GS吸附體系的PDOS吸附曲線。
圖11. 四種不同V/GS吸附體系的PDOS吸附曲線。
圖12. 三種不同的Cr/GS吸附系統(tǒng)的PDOS吸附曲線。
圖13. 三種不同Mn/GS吸附體系的PDOS吸附曲線。
圖14. 四種不同Ti / GS吸附系統(tǒng)的電子局域函數(shù)。
圖15. 四種不同的V / GS吸附系統(tǒng)的電子局域函數(shù)。
圖16. 三種不同的Cr / GS吸附系統(tǒng)的電子局域函數(shù)。
圖17. 三種不同Mn / GS吸附系統(tǒng)的電子局域函數(shù)。
相關研究成果由華北電力大學能源動力與機械工程學院Shengxuan Luo等人于2022年發(fā)表在Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.susc.2022.122049)上。原文：Density functional theory investigation of As
4 adsorption on Ti, V, Cr, Mn-doped graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
