不同催化剂的析氢性能研究——清析客户检测案例

类别：客户案例 57 2024-03-12

2024年1月12日，本人接到兰州某大学的计算需求。接到反馈后，第一时间与客户进行详细沟通，具体情况如下：

客户背景

客户是兰州某大学的教授，希望通过模拟计算软件，计算Pt单质表面模型、Ru-O4表面模型、Ru团簇负载的Ru-O4表面模型、Ru团簇负载的Ru-N4表面模型对于析氢反应的吉布斯自由能计算。

样品名称

Pt单质表面模型

Ru-O4表面模型

Pt团簇负载的Ru-O4表面模型

Ru团簇负载的Ru-N4表面模型

客户需求

1. 客户希望通过计算模型3计算 Ru团与基底Ru 原子之间的电荷密度差分研究具体的电子转移情况。

2. 模型 1、模型2、模型3计算 DOS (特别: 提取模型 3的Ru 团和基底R 原子的 d带中心数据) 希望通过计算CN，CN-Co和CoN4P1构型材料DOS对比，说明带隙缩短，P原子掺杂导致中间带隙产生，Co原子贡献在CB， CBM处态密度上升，表明更多电子可以被激发到CB。

3. 模型3、模型4、模型5计算碱性 HER 反应路径，如果下图所示实验组模型（一步双电子，涉及1O2）：Co-N3P1材料和氧气分离→氧气共振激发成1O2→单线态氧快速提取两个电子和两个H+形成过氧化氢。

对照组模型（两步单电子，涉及O2·-）：Co-N4材料和氧气分离→氧气吸附在材料表面→氧气得到一个电子和氢质子形成*OOH（超氧自由基）→氧气再得到一个电子和氢质子形成过氧化氢。

解决方案

所有的DFT计算均基于维也纳从头计算模拟软件包（VASP）[1-2]进行。交换相关势由Perdew-Burke-恩泽霍夫（PBE）广义梯度方法（GGA）[3]描述。电子-离子的相互作用是由投影仪增广波（PAW）[4]来解释。所有的DFT计算都在450 eV的截止能量下进行，布里渊区使用3×3×1k点网格进行采样。自洽迭代的能量收敛准则和力的收敛准则分别设置为10-5 eV和0.02 eV A-1。采用DFT-D3方法描述范德华（vdW）相互作用[5]。该反应的吉布斯自由能变化（ΔG）的计算公式如下：

式中，ΔE为DFT计算直接得到的电子能差，ΔZPE为零点能差，T为室温（298.15 K），ΔS为熵变。ΔGU =-eU，其中U为外加电极电位。ΔGpH = kBT×ln 10×pH，其中kB为玻尔兹曼常数，pH值设为0。

(为保护客户隐私，测试结果不予展示)

客户反馈

数据结果符合预期，计算周期也与客户承诺一致。最后计算结果符合客户预期，客户对于计算结果非常满意，对工程师的专业度也很认可。

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