金属铜团簇吸附和催化性能的第一性原理计算

发布时间：2023-02-08 15:51

　　纳米团簇由于其独特的性能而受到科学界广泛的关注和研究。团簇中的原子大多都位于表面,由于表面原子配位不足,存在大量未饱和键,与相应的块体材料相比,团簇具有大的表面体积比和表面能,异常活跃的化学活性,良好的催化性能和反应选择性等特性。这些性能在材料的物理和化学过程中具有重要应用,例如相变,吸附,催化和扩散等。在团簇的催化反应中,团簇与反应物和中间产物之间的相互作用是描述催化活性的重要参数之一。而这种相互作用与吸附物所在的位置直接相关,因为表面不同位置上原子的配位情况不同,其能量的稳定性以及由其引起的吸附能和催化行为也是不同的。这种性能的差别除了团簇表面原子位置的影响外,尺寸和形状的作用也是不可忽视的。因此,在理解团簇表面上发生的物理、化学行为的问题上,尺度、形状、以及表面原子的位置,都是必须要考虑的因素,尤其是探索团簇最佳活性位的重要基础。本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了若干吸附分子在金属铜团簇表面上的吸附行为,分析了吸附能变化规律,解析了吸附与催化活性的内在关联,主要的工作如下:1.首先对不同维度的铜团簇的吸附行为进行研究。分别建立二维(2D)和三维(3D)...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 团簇的概述
        1.1.1 团簇的定义
        1.1.2 团簇的性质
        1.1.3 团簇的发展背景
        1.1.4 团簇的研究意义
    1.2 团簇的稳定性和吸附性
    1.3 团簇催化的简述
        1.3.1 团簇催化的作用原理
        1.3.2 团簇催化的特性
        1.3.3 团簇催化的理论研究
    1.4 理论基础与模拟软件
        1.4.1 密度泛函理论
        1.4.2 Materials Studio简述
    1.5 本论文研究的主要内容
第二章 铜团簇的稳定性以及吸附CH₄和CH₃的第一性原理研究
    2.1 前言
    2.2 计算方法
    2.3 计算结果与讨论
        2.3.1 二维和三维Cu团簇的稳定性随尺寸的变化
        2.3.2 CH₄在二维和三维Cu团簇上的吸附随尺寸的变化
        2.3.3 CH₃在二维和三维Cu团簇上的吸附随尺寸的变化
        2.3.4 CH₄和CH₃在Cu团簇上的吸附能对甲烷脱氢的影响
    2.4 本章小结
第三章 四面体铜团簇的结合能以及对CO吸附的第一性原理研究
    3.1 前言
    3.2 计算方法
    3.3 计算结果与讨论
        3.3.1 Cu团簇表面不同位置的结合能随尺寸的变化
        3.3.2 Cu团簇表面不同位置的吸附能随尺寸的变化
        3.3.3 Cu团簇表面不同位置的结合能和吸附能与配位数的关系
    3.4 本章小结
第四章 四面体Cu₂0催化还原CO₂的第一性原理研究
    4.1 前言
    4.2 计算方法
    4.3 计算结果与讨论
        4.3.1 Cu₂O对析氢反应的催化活性的研究
        4.3.2 Cu₂O对CO₂还原反应的催化活性的研究
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文



本文编号：3737950