一．文献信息
题目：Single-atom Ti doping on S-vacancy two-dimensional CrS2 as a catalyst for ammonia synthesis: A DFT study
期刊：Chinese Chemical Letters
DOI号：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2024.109797
二．全文速览
研究了多种基于CrS2的催化剂，包括纯净的CrS2、具有一个硫空位的CrS2（记作v-CrS2）以及Ti掺杂的CrS2（记作Ti@CrS2）。结果表明，纯净的CrS2对NO的活化表现为惰性。然而，v-CrS2和Ti@CrS2能够展现出与NO增强的相互作用，这是由于NO与催化剂之间的电荷转移增加（0.52-0.75 e）以及NO在催化剂上的吸附能增强（-0.96~-1.64 eV），与CrS2的情况（0.065 e/-0.30 eV）相比。从NO电还原为NH3的自由能剖面来看，v-CrS2和Ti@CrS2都展现出超低的极限电位（-0.03~0.47 V），遵循*NOH和*NHO机制。因此，引入空位和掺杂都是NORR催化剂的有前景的改性策略。结果为寻找高效电催化还原NO的催化剂提供了新的思路。
三．主要研究问题和结论：
**主要研究问题：**
1. 如何提高二维CrS2材料对一氧化氮（NO）的活化能力，以促进其电催化还原生成氨（NH3）。
2. 探索通过引入硫空位（S vacancy）和钛（Ti）掺杂来改性CrS2，以增强其对NO的相互作用和催化活性。
3. 评估改性后的CrS2基催化剂在NORR中的性能，包括其对NO的吸附能力、活化效果以及电催化还原过程中的极限电位。
**主要结论：**
1. 纯净的CrS2对NO的活化表现为惰性，而引入硫空位和Ti掺杂后，CrS2对NO的相互作用显著增强，这归因于NO与催化剂之间的电荷转移增加和NO吸附能的增强。
2. v-CrS2和Ti@CrS2均展现出超低的极限电位（-0.03~-0.47 V），表明它们能有效激活NO并促进其电催化还原生成NH3。
3. 通过引入空位和掺杂的策略，可以显著提高CrS2基催化剂的NORR性能，这些方法被认为是CrS2改性的有效方法。
4. 该研究为在NO电还原领域寻找硫化物催化剂提供了理论基础，并指出了未来实验探索的方向。
四．结果与讨论
文章中的图表汇总及其主要内容如下：
**图1**：展示了(a) CrS2，(b) v-CrS2，和(c) Ti@CrS2的优化几何结构。Cr、S和Ti原子分别用紫色、黄色和淡蓝色表示。
**图 2**：展示了(a) CrS2，(b) v-CrS2，和(c) Ti@CrS2上NO吸附的构型。Cr、S、Ti、N和O原子分别用紫色、黄色、淡蓝色、蓝色和红色表示。
**图 3**：展示了包括(a) v-CrS2-S1，(b) v-CrS2-S2，(c) Ti@CrS2-S1，和(d) Ti@CrS2-Side在内的系统中吸附NO的电子态密度投影(PDOS)和晶体轨道哈密顿人口分析(COHP)。
**图 4**：展示了NO与v-CrS2和Ti@CrS2之间的电荷密度差，包括(a) v-CrS2-S1，(b) v-CrS2-S2，(c) Ti@CrS2-S1，和(d) Ti@CrS2-Side。黄色（橙色）和绿色区域分别表示电荷的积累和耗尽。Cr、S、N和O原子分别用紫色、黄色、蓝色和红色表示。
**图 5**：展示了(a)纯净CrS2，(b) v-CrS2，和(c) Ti@CrS2的态密度DOS。上面板和下面板分别表示向上和向下的自旋态。费米能级设为零。
**图 6**：展示了在(a) v-CrS2-S1，(b) v-CrS2-S2，(c) Ti@CrS2-S1，和(d) Ti@CrS2-Side系统上NO还原的反应路径。
