氢化物形成条件下Pd(111)表面重构与原子迁移的热力学及动力学机制研究

《Nature Communications》：Hydride-induced palladium self-diffusion and surface restructuring on Pd(111)

　　

摘要

反应条件显著影响电催化剂表面，但在评估催化性能时往往被忽视。在阴极电位下，Pd 在质子还原过程中会形成氢化物相，这可能导致表面重构和缺陷形成。然而，氢化物形成对 Pd 原子迁移的影响仍探索不足。在此，我们利用密度泛函理论和分子动力学模拟，展示了氢化物形成初期 PdH_x/Pd(111) 体系中与表面重构相关的热力学和氢化物条件。表面普尔巴什图显示了反应条件下 PdH_x/Pd 相的预测稳定性，而计算得出的 Pd 迁移势垒随着氢化物亚层的增加而降低，并在高氢浓度下变得可忽略不计。原子尺度模拟进一步表明，至少需要三个亚表面氢化物层才能观察到重构、位错和缺陷的形成，在此期间，Pd 原子主要通过应变弛豫向外迁移，而氢原子则局部调整以适应重构晶格。总体而言，我们的结果表明氢化物形成与原子迁移率之间存在相互作用，突显了在设计及评估基于 Pd 的电还原催化剂时动态表面转变的潜在重要性。