碳化钨负载单原子层镍表面上的氨分解机理及催化剂设计

发布时间：2017-08-02 17:08

  本文关键词：碳化钨负载单原子层镍表面上的氨分解机理及催化剂设计

  更多相关文章： NH_3 Ni/WC 活化能 分解机理 脱氢

【摘要】：NH_3是一种富氢且具毒性的化合物,其分解产物氮气和氢气,对大气无污染并能提供高纯度氢,这对燃料电池的应用有重要意义。因此,NH_3催化分解是消除氨和获得氢气的一种有效的途径。NH_3的催化分解是目前研究的热点,存在的问题主要分为两个方面,一是设计合适的催化剂,二是NH_3的催化分解机理。本论文针对这两个方面的问题,进行了初步的研究。本文是在密度泛函理论的基础上,对NH_3分子在过渡态金属负载WC(0001)表面分解进行研究,通过计算吸附能、活化能、反应热以及几何结构参数详细的分析了NH_3在Ni/WC(0001)表面的分解机理,结果如下:(1)对不同过渡金属在WC(0001)面上的单原子层负载情况进行了系统研究。计算了不同过渡金属在吸附位点的吸附能、几何结构和电子结构。研究表明,不同过渡金属在W终止的WC(0001)(WC(0001)-W)表面最稳定吸附位置是hcp位,Ni原子在Ni/WC(0001)-W和Ni/WC(0001)-C表面的吸附能都是最大,并且,Ni原子与表面原子之间的键长最短,它的d态最靠近费米能级。从而得出,Ni原子吸附在WC(0001)表面化学活性最高。(2)对于W终止的Ni/WC(0001)表面上NH_3的吸附与分解进行系统研究,计算了不同相关物种在表面上吸附的几何与电子结构,并与Ni(111)和Ni/Pt(111)表面上的结果进行了比较。d带质心计算结果表明,Ni/WC(0001)-W表面的d带质心更靠近费米能级,说明该表面具有较高催化活性。态密度分析表明,在不同表面上,NH_3均通过其孤对电子轨道,优先吸附于顶位。对于NH_3分解机理进行了详细计算,结果分析表明,NH_3通过逐步脱氢分解是主要分解途径,决速步骤为N+N→N_2,而由中间产物通过优先形成N-N键的反应途径相对较难。(3)Ni/WC(0001)-C的表面的NH_3的吸附和分解进行了系统研究,对于NH_3的逐步脱氢分解机理,计算了各相关物质的吸附位置和吸附能,NH_3和NH_2在Ni/WC(0001)-C表面最稳定吸附位置仍然分别是顶和桥位,NH、N和H的吸附位置分别是fcc、hcp和fcc位,N2分子脱附表面。NH_3在Ni/WC(0001)-C表面逐步脱氢分解过程中,NH是最多的中间产物,NH脱氢反应是速控步骤。对于NH_3在Ni/WC(0001)-C的表面的分解的其它途径,通过计算表明,NH_3在Ni/WC(0001)-C表面的脱氢分解其它路径反应更不容易进行,Ni/WC(0001)-W表面更适合作为氨分解催化剂。
【关键词】：NH_3 Ni/WC 活化能 分解机理 脱氢
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 本项目的研究背景10-11
• 1.2 NH_3分解产氢的研究进展11-12
• 1.3 论文研究的主要内容12-14
• 第二章 理论与计算方法14-26
• 2.1 薛定谔方程14-15
• 2.2 密度泛函理论15-19
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理15-16
• 2.2.2 交换相关泛函16-17
• 2.2.3 赝势法17-19
• 2.3 VASP软件简介19-20
• 2.4 表面建模20-21
• 2.5 过渡态的计算方法21-26
• 2.5.1 寻找过渡态22
• 2.5.2 Lanczos方法22-23
• 2.5.3 NEB方法23-26
• 第三章 过渡金属在WC(0001)表面的吸附26-32
• 3.1 引言26
• 3.2 计算方法26-27
• 3.3 结果与讨论27-30
• 3.4 小结30-32
• 第四章 W终止WC(0001)负载单原子层Ni表面上的氨分解32-48
• 4.1 引言32-33
• 4.2 计算方法33-34
• 4.3 结果和讨论34-46
• 4.3.1 氨在Ni/WC(0001)表面上的逐步脱氢分解34-38
• 4.3.2 氨在Ni/WC(0001)-W表面的其它的分解途径38-39
• 4.3.3 N_2H_x(x=0-4)在Ni/WC(0001)表面的吸附以及分解39-46
• 4.4 结论46-48
• 第五章 C终止WC(0001)负载单原子层Ni表面上的氨分解48-62
• 5.1 引言48
• 5.2 计算方法与模型48-49
• 5.3 结果与讨论49-53
• 5.3.1 NH_x(x=0-3)在Ni/WC(0001)-C表面的吸附和分解49-52
• 5.3.2 NH_x在Ni/WC(0001)-C表面的逐步脱氢分解机理52-53
• 5.4 NH_3在Ni/WC(0001)-C表面分解的其它途径53-61
• 5.4.1 Ni/WC(0001)-C表面上N_2H_x（x=0-4）分子以及共吸附分子的吸附能53-56
• 5.4.2 Ni/WC(0001)-C表面的上的N_2H_x(x=1-4)分子的脱氢以及合成反应56-61
• 5.5 小结61-62
• 第六章 结论与展望62-66
• 参考文献66-74
• 致谢74-76
• 攻读学位期间发表的学术论文目录76-77

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本文编号：610316