Chalcogen Vacancies as Key Drivers of Distinct Physicochemistry in MoS 2 , MoSe 2 , and MoTe 2 for Selective Catalysis

硫族元素 空位缺陷 催化作用 密度泛函理论 化学物理 过渡金属 吸附 材料科学 单层 光催化 化学 反应性(心理学) 纳米技术 计算化学 结晶学 物理化学 有机化学 病理 医学 替代医学
作者
Emilia Piosik,Maciej J. Szary
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:31 (23): e202500324-e202500324 被引量:3
标识
DOI:10.1002/chem.202500324
摘要

Abstract The catalytic performance of Mo‐based transition‐metal‐dichalcogenide (TMD) monolayers is intrinsically tied to their physicochemical properties. However, the limited chemical diversity among these materials constrains their versatility for key catalytic processes, including carbon dioxide (CRR), nitrogen (NRR), and oxygen (ORR) reduction reactions. This study employs density functional theory (DFT) calculations to investigate the impact of chalcogen vacancies on the properties of , , and , focusing on the adsorption behaviors of CO, NO, and . The findings reveal that chalcogen vacancies not only enhance surface reactivity but also impart distinctive physicochemical characteristics to each TMD. These effects arise from intrinsic bonding differences, resulting in distinct charge availability at exposed Mo atoms and variations in vacancy dimensions, which shape specific surface interactions. Hence, while adsorption differences between pristine surfaces are generally negligible for catalysis, vacancies amplify them by over an order of magnitude, resulting in pronounced material‐specific behaviors. Moreover, varying vacancy dimensions affect how species incorporate into defects, further enhancing the differences. These characteristics unlock substantial potential of TMD sheets for distinct surface chemistries, transforming them from relatively similar to markedly different as defect density rises. Consequently, our findings provide insights for tailoring these materials toward applications in electro‐ and photocatalysis.
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