分会

第四十八分会：化学动力学

摘要

CuS是一种重要的材料，已广泛用于太阳能电池，传感器和催化剂等中。据报道，CuS纳米颗粒表面有高的硫暴露率，且有多硫化物存在的迹象，并将CuS优异的脱汞性能归功于多硫化物的氧化作用。众所周知，CuS是一种P型半导体材料，Cu缺陷的生成在CuS（尤其是纳米CuS）制备过程中是不可避免的。那CuS表面的多硫化物是否与Cu缺陷有关？我们用密度泛函方法研究了含Cu缺陷的CuS(001)表面的稳定构型，发现多硫化物很容易通过Cu空位的聚集产生。同时基于CI-NEB方法对典型的多硫化物的生成及转化过程进行了详细的阐述，利用差分电荷密度图分析了多硫化物在CuS(001)面生成的原因。 本文选取了两个CuS(001)面作为研究对象，其中暴露Cu(1)、S(1)原子的面记为slab1，暴露Cu(2)、S(2)原子的面记为slab2。计算结果如下：1）经缺陷生成能的比较，发现多硫化物在含Cu缺陷的slab1上很容易生成，仅一个Cu空位便可在slab1上引入多硫化物。随着slab1表面Cu空位数目的增多，多硫化物的形式变得更为复杂和灵活；然而多硫化物却很难在含Cu缺陷的slab2上形成。2）CI-NEB计算结果显示，多硫化物在slab1上的生成和转化的能垒不超过60 kJ/mol。且Cu空位数目越多，多硫化物生成的驱动力越大，能垒越低。3）通过对特定结构进行差分电荷密度分析，找到了可通过Cu空位聚集在slab1上生成多硫化物却不能在slab2上实现的原因。多硫化物的生成可以平衡Cu空位缺陷的slab1表面的电荷分布，起到稳定表面的作用。而Cu空位造成的slab2表面的电荷失衡可以通过CuS晶格中固有的S-S键进行自我调节。

关键词

多硫化物;CuS;Cu空位;密度泛函

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