金钯团簇结构和小分子吸附与解离机制的密度泛函研究

发布时间：2018-01-22 06:09

  本文关键词： 密度泛函理论 金钯团簇稳定性 电子性质 H_2和NO 吸附与解离机制 AuPd(111)表面 H原子和CO共吸附　出处：《大连理工大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：双金属和单金属纳米团簇作为催化剂在科学研究和工业应用领域引起了人们极大的兴趣。它们具有极大的比表面积、小尺寸效应以及结构和性质可调等特点。近年来双金属金钯纳米团簇表现出优于单金属纳米团簇的催化性能和稳定性,显现出更广阔的应用前景。当前实验研究人员致力于金钯纳米团簇尺寸、结构和性质可控合成的研究。而理论研究金钯纳米团簇结构将有助于新型金钯纳米团簇的合成。单金属钯纳米团簇催化剂常被用于储氢、催化加氢脱氢和汽车尾气处理等过程中。从微观层面探索不同钯纳米团簇结构与催化小分子解离反应活性间的内在联系,对寻找高效的钯纳米团簇催化剂和理解其表面化学反应有着重要的意义。本论文基于密度泛函理论(DFT),研究了双金属AuPd团簇的尺寸、组成(m/n)和活性中心Pd分布对结构稳定性、电子性质和H2吸附活性的影响；探讨了不同钯团簇结构上H2和NO小分子吸附与解离机制；研究了Au单体、Au二聚体和Au三聚体取代的AuPd(111)表面不同化学组成活性位的抗“CO中毒”性能。主要结论如下：(1)AumPdn(N=m+n, N=38,55,79, m/n≈2:1口5：1)团簇结构稳定性随尺寸发生振荡性变化,即Au24Pd14 Au52Pd27 Au36Pd19 (m/n≈5:1).随着尺寸的增大,同一组成AumPdn团簇的平均原子结合能升高,绝热电离势降低,绝热电子亲和势发生振荡,与纯PdN团簇的变化趋势相一致。(2)Au79-nPdn(n=1-55)团簇表面Pd取代位的稳定性顺序为：face mid-edge corner edge。H2吸附稳定性顺序为：corner ≈edge mid-edge face。 face取代构型Au36Pd43(3)团簇上,H2在三聚体Pd原子顶位发生直接解离。Pd原子取代位和取代数显著影响着Au79-nPdn团簇稳定性和H2吸附活性。(3)在Pdn(n=4,6,13,19,55)团簇中,二十面体Pd13团簇顶位催化H2发生直接解离,八面体Pd19和截角八面体Pd55团簇顶位催化H2解离的能垒较低且是热力学上有利的。所以认为Pdn(n=13,19,55)团簇结构对H2的解离活性较高。在H2吸附与解离过程中,Pdn团簇将电荷转移给H2,随着H2的解离电荷转移量逐渐增加。(4)通过计算NO在Pdn(n=8, 13,19,25)团簇顶位、桥位和洞位上的吸附,得到不同吸附位的NO伸缩振动频率发生显著红移,红移范围分别为85-148 cm-1(顶位)、265-360 cm-1(桥位)、385-416 cm-1(洞位)。在吸附过程中,NO在二十面体Pd13和类二十面体(icosahedron-based)Pd25的洞位和桥位更容易吸附,在八面体Pd19表面吸附稳定性最小(在其桥位更稳定吸附),在稳定的邻位双帽八面体Pd8a的顶位、桥位和洞位存在竞争吸附现象。在NO解离反应研究中,我们发现邻位双帽八面体Pd8a洞位和八面体Pd19桥位催化NO解离能垒较低,而二十面体Pd13和类二十面体Pd25洞位催化NO解离的能垒较高。NO的吸附与解离表现出显著的结构敏感性。(5)通过AuPd(111)表面不同化学组成活性位上H原子和CO吸附与共吸附能计算,发现Au单体取代的AuPd(111)表面对H原子和CO吸附表现出显著的选择性。Au二聚体组成的洞位能够显著降低CO的吸附(吸附能约1.10 eV)。而Au三聚体组成的洞位上CO发生直接解离,可能由于Au三聚体上带有大量的负电荷。预吸附CO的Au单体取代的AuPd(111)表面上,H原子共吸附可以进一步降低CO的吸附稳定性,有利于CO的脱附。AuPd(111)表面表现出较强的抗“CO中毒”能力。
[Abstract]:On the basis of density functional theory ( DFT ) , the relationship between the size , composition ( m / n ) and the distribution of Pd ( N = 38 , 55 , 79 , m / n 鈮，

本文编号：1453907