《表2 催化剂的巴德电荷分析》

  提示：宽带有限、当前游客访问压缩模式

本系列图表出处文件名：随高清版一同展现

《S掺杂Fe-NC单原子催化剂氧还原机理研究》

1. 获取 高清版本忘记账户？点击这里登录

1. 下载图表忘记账户？点击这里登录

为了研究S原子掺杂对Fe N4催化剂电子结构的影响，我们计算了五个研究结构的巴德电荷.巴德电荷分析如表2所示.Fe N4结构中铁原子的电子转移数为1.08|e|，引入一个S原子后Fe原子的电子转移数变为1.05|e|.引入两个S原子后，Fe原子向周围转移1.02|e|的电子数，在Fe NS3结构中，Fe原子向周围转移的电子数为0.90|e|，但是在Fe NS4结构中，Fe原子失去的电子数为1.14|e|，高于在其他结构中的电子转移数，因而，在Fe NS4结构中，Fe的价态高于Fe N4中Fe的价态.接下来，我们进一步利用电子态密度分析Fe原子与周围配位环境的成键情况，如图2所示.因为在实际成键过程中起主要作用的是最外层的电子，所以对于Fe原子而言，只考虑其3d轨道，对于N原子和S原子而言，只考虑其2p轨道.结果表明，Fe N4催化剂表面Fe原子3d轨道的电子密度较大，且Fe原子的3d轨道发生明显的电子自旋现象，由于轨道强相互作用，其自旋向上的轨道向费米能级以下偏移了大约2.0 e V，导致在费米能级附近只有自旋向下的轨道，而且此自旋向下的轨道在费米能级处的带隙为0.907 e V.引入一个S原子掺杂后，催化剂的带隙明显降低，在Fe NS1a中，带隙为0.449 e V.引入S原子的2p轨道，没有引起Fe原子的3d轨道杂化，但是会降低催化剂能带的带隙.引入更多S原子时，能带结构表现出同样的规律，Fe NS2催化剂的带隙为0.351e V，Fe NS3催化剂的带隙为0.254 e V，Fe NS4催化剂的带隙为0.121 e V.电子态密度及能带分析表明，Fe N4催化剂掺杂S原子的比例越高，催化剂电子结构的带隙变得越窄从而增强催化剂导电能力，在电催化的过程中更有利于电子的转移，因此，在Fe N4催化剂中引入S原子可以显著提高催化剂的电子转移速率.