基于PdCu的二元及三元合金作为氧还原催化剂的第一性原理研究

发布时间：2024-02-18 17:03

　　质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其高效、清洁和绿色等优点,是未来最可能替换传统能源的候补之一。众所周知,燃料电池阴极动力学迟缓是制约燃料电池的主要发展原因,金属Pt是催化活性最高的催化剂,但稀少的储量导致其价格极高,另外还有寿命问题,使得燃料电池催化剂一直难以大规模商业化。开发低贵金属、高活性和稳定性的氧还原催化剂成为燃料电池发展的关键点。而合理的设计和筛选催化剂会省下大量的研究经费和时间,所以从理论上入手,探究氧还原催化剂的机理对实验有着重要的支撑和指导作用。随着计算化学理论和科技手段的发展,以密度泛函理论(DFT)为主的第一性原理理论和高性能计算机技术为科研工作者研究氧还原反应(ORR)的理论提供了基础。本文利用DFT研究了fcc-PdCu(111)、bcc-PdCu(110)及其Ni掺杂S-PdCuNi(110)表面上的动力学和热力学性质,确定了最佳的反应机理。同时也对M-PdCuCo(110)和MPdCuNi(110)催化剂的催化活性和稳定性进行了详细的探讨,在理论上验证了前人实验结果,并对Pd基系列合金催化剂进行总结。本文主要的工作和结果如下:(1)利用DFT的方法建立f...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 前言
    1.2 燃料电池的发展历史
    1.3 燃料电池的分类
    1.4 质子交换膜燃料电池的工作原理
    1.5 氧还原反应机理
    1.6 氧还原反应催化剂实验和理论研究现状
    1.7 研究方法和研究内容
    1.8 本论文的创新点
第2章 计算理论及计算方法
    2.1 第一性原理计算方法
    2.2 密度泛函理论
    2.3 交换相关泛函
    2.4 过渡态理论
    2.5 DMol3原理和方法
第3章 PdCu二元催化剂的ORR理论研究
    3.1 前言
    3.2 计算方法和模型
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 d带中心
        3.3.2 表面吸附情况
        3.3.3 ORR动力学研究
        3.3.4 ORR自由能反应途径
    3.4 本章小结
第4章 PdCuNi三元催化剂在ORR中的理论研究
    4.1 前言
    4.2 计算方法与模型
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 态密度
        4.3.2 功函数变化
        4.3.3 ORR中间体表面吸附
        4.3.4 ORR动力学研究
        4.3.5 ORR反应途径与机理
    4.4 本章小结
第5章 PdCuM三元催化ORR的第一性原理研究
    5.1 前言
    5.2 计算方法与模型
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 d带中心
        5.3.2 活性分析
        5.3.3 稳定性分析
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3902232