二氧化铈表面物理化学性质的第一性原理研究

发布时间：2023-04-06 23:53

　　二氧化铈体系在固体燃料电池,汽车尾气处理,生物传感器,氢气制备等领域具有非常广泛的应用。这与二氧化铈具有氧气缓冲剂的性质密切相关,即在真实条件中二氧化铈很容易形成表面氧缺陷,并且二氧化铈表面氧缺陷又很容易被空气中的氧气所复合。因此对于二氧化铈表面氧缺陷的分布及其动力学行为的深入认识有助于进一步提高二氧化铈体系的性能。然而,对于二氧化铈表面氧缺陷的结构和扩散行为的研究一直存在大量的分歧和激烈的讨论。关于二氧化铈表面氧缺陷分布在次表层还是表层,表面氧缺陷以分散的形式还是聚集的形式存在,和表面氧缺陷在室温下能否扩散的问题一直没有得到有效的解决。这不仅限制了我们对二氧化铈表面氧缺陷在应用中所发挥的作用的深入理解,同时也限制了我们进一步提高二氧化铈体系的性能。利用密度泛函理论计算和蒙特卡洛模拟,我们系统研究了二氧化铈(111)表面氧缺陷在不同浓度和温度下的分布。我们发现在600 K,15%缺陷浓度的条件下二氧化铈表层单氧缺陷与次表层单氧缺陷的数目相近并且表层氧缺陷主要以单个形式存在。随着缺陷浓度的进一步提高(20%)表层氧缺陷主要以线性团簇的形式存在同时还有部分三角形的团簇类型。在80 K,10...

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章：引言
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 二氧化铈表面氧缺陷的结构
        1.1.2 二氧化铈表面氧缺陷的动力学行为
        1.1.3 水环境对二氧化铈表面氧缺陷结构和动力学行为的影响
        1.1.4 二氧化铈表面氧缺陷结构和动力学行为对其催化性能的影响
    1.2 研究目的
    1.3 研究内容概述
第二章：理论背景
    2.1 Born-Oppenheimer势能面
    2.2 密度泛函理论简介
    2.3 二氧化铈体系的性质及计算参数的设置
    2.4 Cluster-expansion模型简述
第三章：二氧化铈表面氧缺陷的结构
    3.1 引言
    3.2 模拟与计算方法
        3.2.1 模拟参数设置
        3.2.2 计算模型设置
    3.3 二氧化铈表面氧缺陷的类型及其稳定性
    3.4 二氧化铈表面氧缺陷结构随温度和浓度的变化
    3.5 本章小结
第四章：二氧化铈表面氧缺陷的动力学行为
    4.1 引言
    4.2 模拟与计算方法
        4.2.1 模拟参数设置
        4.2.2 计算模型设置
    4.3 二氧化铈表面氧缺陷的扩散路径与机制
    4.4 二氧化铈表面氧缺陷和4f电子的第一性原理分子动力学模拟路径及几条具有代表性的反应路径的研究
    4.5 本章小结
第五章：水环境对二氧化铈表面氧缺陷结构和动力学行为的影响
    5.1 引言
    5.2 模拟与计算方法
        5.2.1 模拟参数设置
        5.2.2 计算模型设置
    5.3 水分子对二氧化铈表面氧缺陷结构和动力学行为的影响
    5.4 本章小结
第六章：二氧化铈表面氧缺陷结构和动力学行为对其催化性能的影响
    6.1 引言
    6.2 模拟与计算方法
        6.2.1 模拟参数设置
        6.2.2 计算模型设置
    6.3 二氧化铈搭载的3d过渡金属单原子催化剂催化水解反应的研究
    6.4 二氧化铈搭载的金原子在CO氧化反应中的催化活性
    6.5 本章小结
第七章：总结与展望
    7.1 主要内容和结论
    7.2 展望
参考文献
攻读博士期间发表文章目录
致谢



本文编号：3784664