基于密度泛函理論計算研究金屬合金納米催化劑.pdf

1、近年來，金屬合金納米催化劑在催化劑領(lǐng)域的地位不斷攀升，主要依托于其在催化領(lǐng)域獨特的性質(zhì)，包含比表面積大和金屬的協(xié)同作用等，可廣泛應用于解決能源和環(huán)境問題，因而對于金屬合金納米催化劑的研究受到催化材料化學領(lǐng)域科技工作者的廣泛關(guān)注。在研究方法中，基于密度泛函理論(DFT)的計算已成為研究金屬合金納米催化劑的一種重要手段，其本身的準確性已經(jīng)得到證實。本文以密度泛函理論(DFT)計算為主要的研究手段，以金屬合金納米催化劑為研究對象，系統(tǒng)闡述了P

2、d-Pt、Cu-Ni和Au-Pd金屬合金納米催化體系的結(jié)構(gòu)及在特定反應中的催化性能。本文主要工作可分為三大部分:一是利用DFT計算對特定團簇結(jié)構(gòu)——鉆石皇冠結(jié)構(gòu)型的Pd-Pt納米合金團簇的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性和化學活性進行研究;二是利用DFT計算研究Cu-Ni雙金屬納米簇在吸附CO2后組成效應與幾何弛豫現(xiàn)象研究;三是利用DFT計算研究了Au-Pd金屬納米簇功能化離子液體與CO2的相互作用。本文主要結(jié)論如下:
　　(1)利用Monte C

3、arlo方法，得到原子數(shù)為55、147、309和561的Pd-Pt鉆石結(jié)構(gòu)的高對稱性的立方八面體(Cubo)、十面體(Dec)和二十面體(Ico)的穩(wěn)定團簇模型，相同原子數(shù)的團簇穩(wěn)定性基本遵循:Ico＞Dec＞Cubo。利用molecular dynamics(MD)模擬方法，相同尺寸下的熔點遵循:Ico＞Dec＞Cubo。利用DFT計算發(fā)現(xiàn)針對55原子的團簇，Ico對O原子的吸附能力最強，并且隨著O原子覆蓋率增加，吸附性能下降，同時原

4、子數(shù)量多的Ico對O的吸附性能弱于原子數(shù)量少的。本文所探索了特殊構(gòu)型的鉆石皇冠結(jié)構(gòu)的Pd-Pt合金納米團簇的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和化學活性，對鉆石皇冠這種特殊的團簇結(jié)構(gòu)做催化劑的設(shè)計提供部分理論基礎(chǔ)。
　　(2)利用DFT計算得到55個原子Cu殼Ni核(Cu55，Cu54Ni1，Cu42Ni13)的高對稱性的立方八面體(Cubo)、十面體(Dec)和二十面體(Ico)的穩(wěn)定團簇模型，團簇的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性遵循:Ico＞Dec＞Cubo。

5、同時，通過比較頂點位置上的CO2的吸附強度，發(fā)現(xiàn)Cu42Ni13這種結(jié)構(gòu)有較強的吸附能力。在CO2吸附的過程中，Cubo和Dec團簇發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)镮co結(jié)構(gòu)，這也驗證了上訴團簇穩(wěn)定性的規(guī)律。本文所得到的結(jié)果，為CO2加氫生產(chǎn)甲醇過程探索新型的合金催化劑提供部分理論基礎(chǔ)。
　　(3)利用DFT計算探索Au和Pd兩種金屬功能化離子液體，發(fā)現(xiàn)這種新型物質(zhì)可以穩(wěn)定存在，發(fā)現(xiàn)單原子Au或Pd的修飾可以增加CO2-的吸附強度，同時，將單