[发明专利]一种提高二硫化钼催化析氢性能的方法

权利要求书

1.一种提高二硫化钼催化析氢性能的方法，其特征在于：用第一性原理的密度泛函理论，利用VESTA材料模型构建软件，构建不同相和不同Ni掺杂位点的若干差异模型，利用Vienna Ab initio Simulation Package 即VASP软件，对Ni掺杂后的1T相MoS₂的催化析氢性能进行表征，依据表征数据筛选获得催化析氢性能提高的Ni掺杂后的1T相MoS₂；

具体步骤为：

（1）构建模型：利用VESTA材料模型构建软件，构建单层MoS₂的2H相和1T相的超晶胞模型，并用Ni原子对1T相MoS₂进行掺杂，得到若干Ni掺杂模型；

（2）优化模型，采用模拟优化软件VASP对所构建模型进行结构优化，以获得能量最低的掺杂模型；

（3）筛选获得提高催化析氢性能的模型：将步骤（2）所获得的能量稳定的掺杂模型，用VESTA材料模型构建软件，在各模型最邻近于Ni原子的S原子上方距离1.25埃处添加1个氢原子，采用VASP软件对添加H原子的模型进行结构优化，计算ΔG_H值，筛选获得ΔG_H值接近于0的模型，获得最利于催化析氢的掺杂模型为Ni置换Mo；

（4）筛选吸附模型：用VESTA材料模型构建软件，在最利于催化析氢的掺杂模型中选取在MoS₂同一侧与Ni原子距离不同的S原子，分别在其上方1.25埃处添加H原子，得到不同的吸附模型，通过VASP软件对所构建的模型进行计算其氢吸附自由能的变化值ΔG_H，筛选得到ΔG_H值接近于0的模型，即获得H的能量最低的吸附位点；

（5）考察表面H原子覆盖率对于催化效果的影响：用VESTA材料模型构建软件，在步骤（2）获得的Ni置换Mo的吸附模型中，选取距离Ni原子最近的三个S原子，在其上方1.25埃处添加H原子，构建差异模型，通过VASP软件计算其氢吸附自由能的变化值ΔG_H，对比不同H覆盖率下的ΔG_H值，以获得催化效果随H原子覆盖率增加的变化规律；

（6）通过VASP软件计算2H相MoS₂，1T相MoS₂，与Ni置换1T相MoS₂中Mo原子的态密度图，分析吸附位点S原子和氢原子的态密度轨道重叠程度，判断两原子之间成键强弱，筛选获得积分值大的模型即为成键强的模型；

（7）通过模拟软件VASP与lobster脚本，计算吸附位点S原子和氢原子的晶体轨道哈密顿量布局图COHP，分析其成键强弱，筛选获得积分值大的模型即为成键强的模型。

2.根据权利要求1所述的一种提高二硫化钼催化析氢性能的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的超晶胞模型包括：2H相MoS₂的3×3的超晶胞模型，其空间群为P63/mmc，每个钼原子和周围的6个硫原子成键，形成三棱镜配位结构，且上层的S原子和下层的S原子相对；1T相MoS₂的3×3×1的超晶胞模型，其空间群为Pm1，每个钼原子和周围的6个硫原子成键，形成八面体配位结构，上层和下层的S原子位置交错排列。

3.根据权利要求1所述的一种提高二硫化钼催化析氢性能的方法，其特征在于：用Ni原子对1T相MoS₂进行掺杂具体掺杂方法为：A、对MoS₂材料中的1T相MoS₂材料建立3×3×1的超晶胞，选取任意一个晶胞单元体的1个Mo原子，在其上方2.8埃的位置添加一个Ni原子，得到Ni在Mo上的超晶胞模型；B、对MoS₂材料中的1T相MoS₂材料建立3×3×1的超晶胞，选取MoS₂一侧中三个不连于同一个Mo原子的S原子，在这三个S原子的中心处，添加一个Ni原子，得到Ni在空位的超晶胞模型；C、对MoS₂材料中的1T相MoS₂材料建立3×3×1的超晶胞，选取任意一个晶胞单元体的1个Mo原子用Ni原子替换，得到Ni置换Mo的超晶胞模型。

4.根据权利要求1所述的一种提高二硫化钼催化析氢性能的方法，其特征在于：步骤S2中所涉及的形成能计算方法为，对于Ni原子取代MO原子的体系，E_f = E₂ - E₁ - E_Ni + E_Mo，对于Ni在Mo上，和Ni在空位两种体系，E_f = E₂ - E₁ - E_Ni其中E₂为Ni掺杂后系统的能量，E₁为Ni掺杂之前系统的能量，E_Ni为块体中一个Ni原子的能量，E_Mo为块体中一个Mo原子的能量。