MS计算形成能、带隙、自由能,探究MoS2析氢性能

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光催化技术为获取氢能提供重要途径，然而，大多数光催化剂存在光激发载流子复合率高、可见光利用效率低以及氧化还原反应活性位点不足等问题，制约了催化效率。MoS2作为潜在光催化剂材料，其析氢性能受到边缘不饱和位点数量和催化惰性基面的影响。

大连理工大学姚曼教授课题组采用N + F共掺杂MoS2，通过电荷补偿提高光化学活性，并引入应变工程调控带边位置，旨在探究掺杂与应变对MoS2光催化性能的影响规律。

本文采用Materials Studio软件包的CASTEP模块进行理论研究，揭示了掺杂MoS2析氢性能机理，计算基于广义梯度近似（GGA）下的PEB泛函，采用平面波超软赝势法描述电子-离子交互作用。使用HSE06杂化泛函进行带隙计算，揭示原始二硫化钼结构与N+F共掺杂MoS2的三种结构。

计算结果表明，N+F共掺杂使得体系更加稳定，富Mo的MoS2进行掺杂时更稳定。掺杂能够提高二硫化钼的HER和OER活性，杂原子吸附位点主要在N原子附近，说明N原子提升催化活性作用显著，F原子协同激活催化惰性基面。

类型I表现出最佳性能，析氧反应决速步为1.751eV（在U=1.23eV的水氧化平衡电势下），形成能和HER、OER反应自由能降低。MoS2和类型I的光电性质显示，共掺杂下电荷转移浓度提高，催化剂键合能力增强，可见光区域光吸收能力增强。

应变工程调节催化剂能带位置，实现H还原能力。双轴压缩应变下保持优异的析氢自由能，压缩应变为2%的催化剂维持优异OER活性。应变影响N、F原子协同作用与Mo、S原子耦合作用，改变电子结构，调节带对齐。

结论展望，电荷补偿的N + F共掺杂与应变工程调节策略，提高了MoS2光吸收能力、催化活性位点和光生载流子迁移率，显著提升了HER和OER反应效率。应变工程调节带对齐，实现水的氧化和还原在带隙区域发生，为杂原子共掺杂与应变工程调节催化能力提供了重要研究基础。