、

结果表明，在Ir(100)表面负载Ir原子能够有效提高N₂的活化程度，但Ir(a)@Ir(100)对N₂的吸附能极低（-0.24 eV），这是由N₂反键态的高占据度（ICOHP=-7.35）所致，这一特性严重阻碍了Ir(a)@Ir(100)的实际应用。因此，我们将Ir(a)@Ir(100)表面负载的Ir原子替换为Cu原子，以调控催化剂与N₂之间的态杂化作用。与负载的Ir原子相比，Ir(100)表面负载的Cu原子与N₂的相互作用更弱：在费米能级附近，Ir的5d态能与N的2π态发生显著杂化；而Cu的3d态与吸附N₂几乎无杂化倾向，最终导致Cu(a)@Ir(100)上吸附的N₂其N-2π轨道的占据度（ICOHP=-7.68）低于Ir(a)@Ir(100)（ICOHP=-7.35）。Cu原子的这种有效调控特性可从负载原子的电子性质解释：Ir的5d态通常分布在费米能级附近，易与N的2π态杂化；而Cu的3d轨道为全充满状态，且其能量水平（约-2.5 eV）远低于Ir的5d态，几乎无法与N的2π态杂化。

因此，Cu(a)@Ir(100)对N₂的吸附能为-0.62 eV，远高于Ir(a)@Ir(100)的-0.24 eV。在N₂解离性能方面，Cu(a)@Ir(100)的反应能垒（0.61eV）略高于Ir(a)@Ir(100)（0.31 eV）；但与0.31 eV的能类似，0.61 eV的解离能垒在室温下也能被轻松克服。因此，Cu(a)@Ir(100)最终被筛选为N₂解离反应的优选催化剂。本研究不仅加深了对N₂解离机制的理解，更为氮电还原反应催化剂的理论设计与实验研究提供了参考思路。

文章信息Environmental Surfaces and Interfaces

Theoretical study of N₂ adsorption and dissociation on Ir/Cu loaded Ir(100) catalyst

Yaxing Zhang, Chaozheng He, Chenxu Zhao, Wei Song.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.esi.2024.02.001

期刊简介

Environmental Surfaces and Interfaces

Environmental Surfaces and Interfaces 报道环境表界面相关的研究，重点关注环境污染控制过程中的表界面行为，包括气液、液-液、气-固、液-固、固-固和生物界面。本刊欢迎环境表面和界面相关的基础理论研究、仪器和方法的开发，以及其它相关的实验室和现场实验研究。

ESI由科爱与北京师范大学珠海校区合作运营，期刊主编由北京师范大学珠海校区敖志敏教授和阿德莱德大学王少彬教授担任。

期刊刊载主题（包括但不限于）：

• Advanced hetero-catalysis environmental functional materials

• Nanobubble technology

• Electro-chemistry

• Bio interface in environmental-related processes

• Colloid and interface chemistry

• Surface adsorption and desorption

• The interface process in engineered membrane and biological film

• Theoretical calculation of surface/interface science

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