过渡金属掺杂Ag(111)表面对羰基硫和二氧化硫吸附性能的密度泛函理论研究

针对工业排放中COS和SO2等含硫气体难吸附的问题，研究人员通过密度泛函理论(DFT)系统研究了Mo、Pt、Ni掺杂Ag(111)表面的吸附机制。结果表明过渡金属掺杂显著提升吸附性能，其中Mo掺杂体系在电荷转移、态密度和恢复时间等指标上表现最优，为含硫气体检测材料设计提供理论依据。

　　

随着化石燃料的广泛使用，工业排放中的含硫气体如羰基硫(COS)和二氧化硫(SO₂)对生态环境和人体健康构成严重威胁。传统吸附材料如MOF和活性炭虽有一定效果，但存在选择性差、成本高等局限。特别是COS分子结构稳定，常规材料难以高效捕获。如何开发兼具高活性、低成本且可循环使用的吸附材料，成为当前环境治理领域的重要挑战。

针对这一难题，云南贵金属实验室（Yunnan Precious Metals Laboratory）的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表最新成果。该研究采用密度泛函理论(DFT)方法，首次系统评估了Mo、Pt、Ni三种过渡金属掺杂对Ag(111)表面吸附性能的影响。通过计算吸附能、电荷分布和态密度等参数，发现掺杂体系对COS和SO₂的吸附能力较纯银表面提升显著，其中Mo掺杂体系在S原子向下构型时表现出最强的相互作用。

研究主要采用以下技术方法：(1)基于Dmol³模块的第一性原理计算；(2)广义梯度近似(GGA)结合PBE泛函处理电子相互作用；(3)构建顶位、桥位和空心位三种吸附位点模型；(4)通过变形电荷密度和前沿分子轨道分析电子转移机制。

【Abstract部分结论】
纯Ag(111)表面对两种气体吸附效果均较差，而过渡金属掺杂后吸附能显著提高。态密度分析表明Mo掺杂体系在费米能级附近产生新的电子态，增强了气体分子与基底的轨道杂化。

【Introduction部分背景】
研究指出传统吸附材料如CuO和功能化MOF虽有一定效果，但二维材料经化学修饰后能暴露更多活性位点。例如硼修饰石墨烯对SO₂的吸附能力提升显著，这为过渡金属掺杂策略提供了理论参考。

【Calculation methods部分技术】
采用4层Ag(111) slab模型，固定底部两层原子。通过比较不同构型的吸附能确认最稳定构型，并计算功函数变化评估传感性能。理论恢复时间计算采用过渡态理论，灵敏度分析基于电荷转移量。

【Conclusions部分创新点】
(1) Mo掺杂使COS的C-S键长延长0.12?，SO₂的S-O键角增大8.7°，表明更强的活化作用；(2) 变形电荷密度显示Mo原子周围电子聚集，形成新的吸附活性中心；(3) 在298K时Mo掺杂体系的恢复时间仅36秒，适合实际应用。

该研究的重要意义在于：首次从电子结构层面阐明过渡金属掺杂Ag(111)的吸附增强机制，提出的"向下S/O原子构型"优化策略为其他含硫气体吸附材料设计提供新思路。特别是Mo掺杂体系展现出的快速响应特性（灵敏度达4.7），使其在工业废气实时监测领域具有应用潜力。论文结果不仅补充了现有吸附理论，也为开发低成本、可再生的贵金属基环境材料奠定基础。