基于密度泛函理论的真实反应条件下催化剂表面理性建模研究

发布时间：2023-06-28 05:20

　　在全球能源危机、环境恶化的背景下,催化剂成为合成人类所需化学品和实现能量高效转化的关键。其中,CO₂加氢反应将CO₂转化为一氧化碳、甲烷、甲醇、乙醇等化学产品和燃料。在过去的三十年,CO₂加氢催化剂体系获得了长足的发展。然而,探究CO₂加氢反应依旧面临着表面物种多样、催化剂表面不稳定、反应路径不明确等诸多问题。特别地,由于理论建模过于简化,许多理论模型无法准确描述真实反应条件下反应活性位。催化剂模型与真实催化剂表面一直存在着难以弥补的“鸿沟”。本论文基于密度泛函理论,以建立合理的CO₂加氢Cu Co二元合金催化剂模型为目标,探究了制约真实反应条件下催化剂表面建模重要因素,缩小理论催化剂模型与真实反应表面差距。首先,在CoCu合金建模中考虑表面偏析的因素,缩短了理论模型与实际催化表面的“材料鸿沟”。通过密度泛函理论的计算,发现吸附质在不同位点的吸附能差异和合金表面的偏析能呈现良好的线性关系。吸附质诱导合金表面偏析的原动力“吸附偏好”是良好的表面结构描述符,可以用来快速预测合金表面...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1 章 绪论
    1.1 CO₂ 加氢反应
        1.1.1 CO₂ 加氢反应背景
        1.1.2 常见CO₂ 加氢催化剂
    1.2 反应条件下的催化剂
        1.2.1 表面偏析与重构
        1.2.2 覆盖度效应与溶剂效应
        1.2.3 载体效应,颗粒效应与应变效应
    1.3 CO₂ 加氢反应的理论研究
        1.3.1 CO₂加氢反应的常用计算模型及反应机理
        1.3.2 CO₂加氢反应理论研究的局限性
    1.4 论文选题意义及工作设想
第2 章 理论基础与计算方法
    2.1 Shr(?)dinger方程及其近似
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交换关联泛函
    2.3 Bl?chl定理与k点
    2.4 赝势
    2.5 全局结构优化概述
    2.6 模拟软件及计算集群
第3章 CO₂加氢反应合金催化剂的表面偏析效应
    3.1 前言
    3.2 方法与模型
        3.2.1 DFT基本计算参数
        3.2.2 遗传算法基本参数
        3.2.3 实验方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 CoCu(111)表面全局优化
        3.3.2 CoCu合金表面的表面偏析研究
        3.3.3 Co表面偏析对CO₂加氢反应到C1产物的影响
    3.4 本章小结
第4章 合金催化剂表面覆盖度效应对CO₂加氢反应的影响
    4.1 前言
    4.2 方法与参数
        4.2.1 DFT计算基本参数
        4.2.2 吉布斯表面自由能计算
        4.2.3 实验方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 不同CO分压下的CoCu(111)表面构型
        4.3.2 CO覆盖度效应对CO₂加氢到乙醇的影响
    4.4 本章小结
第5 章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3836059