基于密度泛函理论计算研究金属合金纳米催化剂

发布时间：2017-11-15 16:04

  本文关键词：基于密度泛函理论计算研究金属合金纳米催化剂

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【摘要】：近年来,金属合金纳米催化剂在催化剂领域的地位不断攀升,主要依托于其在催化领域独特的性质,包含比表面积大和金属的协同作用等,可广泛应用于解决能源和环境问题,因而对于金属合金纳米催化剂的研究受到催化材料化学领域科技工作者的广泛关注。在研究方法中,基于密度泛函理论(DFT)的计算已成为研究金属合金纳米催化剂的一种重要手段,其本身的准确性已经得到证实。本文以密度泛函理论(DFT)计算为主要的研究手段,以金属合金纳米催化剂为研究对象,系统阐述了Pd-Pt、Cu-Ni和Au-Pd金属合金纳米催化体系的结构及在特定反应中的催化性能。本文主要工作可分为三大部分：一是利用DFT计算对特定团簇结构——钻石皇冠结构型的Pd-Pt纳米合金团簇的结构、热稳定性和化学活性进行研究；二是利用DFT计算研究Cu-Ni双金属纳米簇在吸附CO2后组成效应与几何弛豫现象研究；三是利用DFT计算研究了Au-Pd金属纳米簇功能化离子液体与CO2的相互作用。本文主要结论如下：(1)利用Monte Carlo方法,得到原子数为55、147、309和561的Pd-Pt钻石结构的高对称性的立方八面体(Cubo)、十面体(Dec)和二十面体(Ico)的稳定团簇模型,相同原子数的团簇稳定性基本遵循：IcoDecCubo。利用molecular dynamics (MD)模拟方法,相同尺寸下的熔点遵循：Ico Dec Cubo。利用DFT计算发现针对55原子的团簇,Ico对O原子的吸附能力最强,并且随着O原子覆盖率增加,吸附性能下降,同时原子数量多的Ico对O的吸附性能弱于原子数量少的。本文所探索了特殊构型的钻石皇冠结构的Pd-Pt合金纳米团簇的结构稳定性、热稳定性和化学活性,对钻石皇冠这种特殊的团簇结构做催化剂的设计提供部分理论基础。(2)利用DFT计算得到55个原子Cu壳Ni核(Cu55, Cu54Ni1, Cu42Ni13)的高对称性的立方八面体(Cubo)、十面体(Dec)和二十面体(Ico)的稳定团簇模型,团簇的结构稳定性遵循：IcoDecCubo。同时,通过比较顶点位置上的CO2的吸附强度,发现Cu42Ni13这种结构有较强的吸附能力。在CO2吸附的过程中,Cubo和Dec团簇发生结构转变,转变为Ico结构,这也验证了上诉团簇稳定性的规律。本文所得到的结果,为CO2加氢生产甲醇过程探索新型的合金催化剂提供部分理论基础。(3)利用DFT计算探索Au和Pd两种金属功能化离子液体,发现这种新型物质可以稳定存在,发现单原子Au或Pd的修饰可以增加C02-的吸附强度,同时,将单原子替换为小型金属团簇或合金团簇,Au1Pd2合金团簇功能化的离子液体对C02-呈现最强的吸附性能。本文将对不同尺寸和组成的Au-P d合金团簇功能化的离子液体对C02-吸附性能进行系统的研究,对应用于二氧化碳加氢过程中可采用的金属功能化离子液体的催化剂提供新思路。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;O641.1
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本文编号：1190374