分會(huì)

第四十八分會(huì)：化學(xué)動(dòng)力學(xué)

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(bào)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(dǎo)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(guān)？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(gòu)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(shí)基于CI-NEB方法對(duì)典型的多硫化物的生成及轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行了詳細(xì)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(gè)CuS(001)面作為研究對(duì)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(jì)算結(jié)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(gè)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(fù)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(jì)算結(jié)果顯示，多硫化物在slab1上的生成和轉(zhuǎn)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(dòng)力越大，能壘越低。3）通過對(duì)特定結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)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(jìn)行自我調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞

多硫化物;CuS;Cu空位;密度泛函

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