运用从头算分子动力学研究CO 2 和H 2 在Cu（100）催化表面的反应过程

发布时间：2021-12-22 09:55

　　近年来,化石燃料的快速消耗加速了能源的短缺,尽快开发新的能源成了重要论题。氢能源就是其中之一,它具有清洁易生产的优点。甲醇可以解离生成氢气,并比氢气更易存储和运输。在工业上甲醇可以由H₂,CO,CO₂通过Cu/ZnO/Al₂O₃的催化而生产。此催化反应也可以减轻环境中的碳污染。尽管人们对铜表面CO₂加氢生成甲醇的反应做了很多的理论和实验的研究,但是这个反应完整的反应机制还不是很明确。我们运用从头算分子动力学（AIMD）方法研究了CO₂在Cu（100）表面经过一步步加氢反应生成甲醇的反应机制,这种方法不预先假定任何中间产物和反应步骤,让所有反应物有一个自由运动的初始状态。在从头算研究中,我们选用了两层的AIMD计算,第一层为在Cu（100）表面上放置最大数目的吸附物,以求吸附物覆盖到整个表面。第二层动力学研究只在表面上放置一个吸附物,以便模拟和研究每一个基元步骤的详细变化。第二层的目的不仅是为了验证第一层发现的反应机制,更重要的是为了方便细致研究每一个中间产... 

【文章来源】：山东师范大学山东省

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一个Al原子在Al(100)表面上扩散反应的NEB与CINEB研究对比

山东师范大学硕士学位论文19从此产物HCOHOH*开始，反应路径分裂成了两条，一条是吸附在表面上的HCOHOH*被外来的H2撞击，得到HCOH*，另一条是表面上相邻的两个HCOHOH*相互作用，生成HCOH*。我们发现的这两条路径，他的势垒都比前人发现的路径势垒低[45,51-55]。图3-1具有相对势垒高度的势能曲线。从HCOHOH*开始，反应路径分成了两条：路径A代表了外来的H2（绿色）撞击表面；路径B代表了表面上相邻的两个HCOHOH*相互反应。过渡态上面的的数值是相对于同样的中间产物的，其中黑色的是经典的势垒，红色的是带有零点振动能（ZPE）的势垒。这两条路径的势能曲线被列在图3-1中。到中间产物HCOHOH*的出现之前的部分是两条路径共有的，从HCOHOH*之后才分出成了两个部分。图3-1A和

山东师范大学硕士学位论文212.H2(g)+CO2*+*→COOH*+H*初始条件：第一层AIMD计算我们测试了25条路径，第二层AIMD计算我们测试了15条路径。我们放置一个H2在距离表面5的渐近区，且使之平行于表面。H2撞击表面上的CO2*的初始平动能我们设置为从0.01eV到0.1eV逐步增加，间隔0.01eV。H2放置的方向从平行到垂直每隔30°旋转一次。初始温度我们设置为450K。图3-2沿反应路径出现的主要中间产物CO2*、COOH*、COHOH*、HCOHOH*、HCOH*和H2COH*的几何结构。观测结果：我们让一个H2分子撞击上一步带有4个CO2*的Cu表面，发现H2中一个H与一个CO2*反应生成一个COOH*，另一个H被留在Cu表面游离。这一步，可被认为是一个Eley-Rideal型反应。即把Cu表面和CO2看做一个整体，与外来的H2反应。这一步具有0.28eV的过渡态势垒和0.42eV的放热。这里需要指出的是，COOH*是反向水煤气反应[57,58]和甲醇合成反应[51-55]中的重要中间产物。前人曾报道说COOH*在Cu表面有两种吸附方式[51-55,57,58]，一种是H朝向Cu表面，一种是H反向Cu表面。我们测试的运动轨迹中只发现了其中一种，也就是朝向Cu表面的，如图5-2B所示。C-Cu键的长度为2.10，∠COH为107.2°，∠OCO为113.5°。COOH*在Cu（100）表面具有-2.12eV的吸附


本文编号：3546203