Pd-Co@Pd核壳催化剂催化甲酸脱氢的机理研究

发布时间：2023-03-13 18:07

　　氢能因具有来源广泛、能量利用率高、高效清洁等特点受到了广泛关注,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。然而,氢气的可控生产、存储和运输一直是氢能利用领域的一大挑战和瓶颈。甲酸拥有较高的H₂储量(4.4 wt%),来源丰富,且室温下呈液态,能安全地存储和运输,因此被认为是一种最具有潜力的化学储氢材料。甲酸可以通过两条途径发生分解反应:通过脱羧基反应路径生成H₂和CO₂,以及脱羰基反应路径生成CO,由于CO会使催化剂中毒而失去活性,因此后者需要被严格控制。铂基催化剂是目前甲酸分解制氢非均相催化剂的主要活性组分,为了降低制造与使用成本以及进一步提高催化活性,寻求温和条件下具有高活性和高选择性的甲酸分解制氢催化剂是利用甲酸作为储氢材料的关键。研究表明通过调整催化剂的组分、形貌等方法对催化剂进行修饰改性,不仅可以有效地提髙非均相催化剂对甲酸分解的催化活性和稳定性,而且还可以很大程度减少副反应的发生,从而延长催化剂的寿命。本论文以Pd-Co合金组成的核壳体系(Pd-Co@Pd)为甲酸脱氢催化剂,利用周期性密度泛函理论(DFT),系统...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 氢能源背景介绍
    1.2 化学储氢材料
    1.3 甲酸分解制氢催化剂
        1.3.1 均相催化剂
        1.3.2 多相催化剂
            1.3.2.1 纯金属催化剂
            1.3.2.2 合金及复合型催化剂
    1.4 甲酸脱氢反应的理论研究
    1.5 本文的依据和内容
第二章 理论基础和计算方法
    2.1 第一性原理基础理论
        2.1.1 第一性原理与薛定谔方程(Schr?dinger equation)
        2.1.2 Born-Oppenheimer绝热近似
        2.1.3 Hartree-Fock单电子近似
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi定理
        2.2.2 Hohenberg–Kohn定理(多体理论)
        2.2.3 Kohn-Sham方程
    2.3 交换相关能泛函
    2.4 布洛赫定理(Bloch)布里渊区k点
    2.5 贋势理论
    2.6 计算周期性模型
    2.7 第一性原理软件VASP介绍
    2.8 过渡态计算方法
第三章 Pd及 Pd-Co@Pd核壳催化剂催化甲酸脱氢的机理研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法与表面模型
        3.2.1 计算方法
        3.2.2 表面模型
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 Pd_xCo_y@Pd(111)结构热力学稳定性分析
        3.3.2 甲酸分解过程中中间体的吸附
        3.3.3 甲酸在Pd_xCo_y@Pd(111)和Pd(111)表面分解机理
            3.3.3.1 由O-H键活化的甲酸盐(HCOO)路径
            3.3.3.2 由C-H键活化的羧基(COOH)路径
            3.3.3.3 由C-OH键活化的HCO路径
    3.4 Pd_xCo_y@Pd和 Pd催化甲酸氧化活性和选择性比较
        3.4.1 Pd_xCo_y@Pd和 Pd催化甲酸氧化活性的比较
        3.4.2 Pd_xCo_y@Pd和 Pd催化甲酸氧化选择性的比较
    3.5 本章小结
第四章 总结和展望
    4.1 总结
    4.2 展望
参考文献
作者简介及攻读硕士学位期间发表和完成的论文
致谢



本文编号：3762128