分會

第四十八分會：化學動力學

摘要

CuS是一種重要的材料，已廣泛用于太陽能電池，傳感器和催化劑等中。據(jù)報道，CuS納米顆粒表面有高的硫暴露率，且有多硫化物存在的跡象，并將CuS優(yōu)異的脫汞性能歸功于多硫化物的氧化作用。眾所周知，CuS是一種P型半導體材料，Cu缺陷的生成在CuS（尤其是納米CuS）制備過程中是不可避免的。那CuS表面的多硫化物是否與Cu缺陷有關？我們用密度泛函方法研究了含Cu缺陷的CuS(001)表面的穩(wěn)定構型，發(fā)現(xiàn)多硫化物很容易通過Cu空位的聚集產(chǎn)生。同時基于CI-NEB方法對典型的多硫化物的生成及轉化過程進行了詳細的闡述，利用差分電荷密度圖分析了多硫化物在CuS(001)面生成的原因。 本文選取了兩個CuS(001)面作為研究對象，其中暴露Cu(1)、S(1)原子的面記為slab1，暴露Cu(2)、S(2)原子的面記為slab2。計算結果如下：1）經(jīng)缺陷生成能的比較，發(fā)現(xiàn)多硫化物在含Cu缺陷的slab1上很容易生成，僅一個Cu空位便可在slab1上引入多硫化物。隨著slab1表面Cu空位數(shù)目的增多，多硫化物的形式變得更為復雜和靈活；然而多硫化物卻很難在含Cu缺陷的slab2上形成。2）CI-NEB計算結果顯示，多硫化物在slab1上的生成和轉化的能壘不超過60 kJ/mol。且Cu空位數(shù)目越多，多硫化物生成的驅(qū)動力越大，能壘越低。3）通過對特定結構進行差分電荷密度分析，找到了可通過Cu空位聚集在slab1上生成多硫化物卻不能在slab2上實現(xiàn)的原因。多硫化物的生成可以平衡Cu空位缺陷的slab1表面的電荷分布，起到穩(wěn)定表面的作用。而Cu空位造成的slab2表面的電荷失衡可以通過CuS晶格中固有的S-S鍵進行自我調(diào)節(jié)。

關鍵詞

多硫化物;CuS;Cu空位;密度泛函

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