21273.feceo2(111)表面催化活性及co吸附與氧化第一性原理研究

1、碩士學(xué)位論文Fe—Ce02【111)表面催化活性及CO吸附與氧化第一性原理研究FirstPrinciplesStudyofthecatalyticactivitiesofFeCe02(1l1)surfaceandCOadsorptionandoxidationatthedopedsurface學(xué)號(hào)：21205020完成日期：2015—05大連理工文學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要Ce

2、02因其具有良好的儲(chǔ)存氧和釋放氧的能力，被廣泛用于多種催化反應(yīng)，作為常用的工業(yè)催化劑；其中有汽車尾氣凈化，氧敏傳感器及燃料電池等。然而純Ce02催化能力有限，本文試圖添加金屬Fe原子來(lái)提高其催化活性。文中利用第一性原理模擬研究了純Ce02(111)體系、M。Cel叫02(111)(M=Fe，Pt，Rh，Ir，Sn，Zr)體系、Fe摻雜的Ceo92Feoos02(111)體系、Fe吸附Ce02(111)體系以及CO小分子在Fe摻雜體系表面

3、的吸附與氧化。分別從氧空位形成能、幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及Bader電荷等方面對(duì)體系進(jìn)行分析。論文主要包括以下四方面工作：1M(Fe，Pt，Rh，lr，Sn，zr)原子摻雜對(duì)Ce02(111)體系催化活性的影響。首先計(jì)算分析純Ce02(111)體系，發(fā)現(xiàn)次表面氧空位形成能低于表面氧空位形成能，并分析了空位形成前后體系幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的變化。然后對(duì)比模擬計(jì)算了M。Celx02(111)(M=Fe，Pt，Rh，Ir，Sn，Zr)體系，從幾何

4、結(jié)構(gòu)參數(shù)、氧空位形成能、體系態(tài)密度等方面對(duì)六種摻雜體系進(jìn)行對(duì)比和分析，并得出規(guī)律：M。Celx02(111)體系有利于氧空位形成的順序是：FePtRhItSnZr。2Fe摻雜提高CeOffl11)表面催化活性的研究。首先計(jì)算了摻雜體系多個(gè)位置的氧原子形成空位需要的能量：發(fā)現(xiàn)Fe摻雜提高了體系表面和次表面氧原子的活性，且表面氧原子活性比次表面強(qiáng)，雜質(zhì)鐵離子趨于成為氧空位團(tuán)簇的中心。然后從幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)兩方面分析摻雜的Ceo92FeoJ

5、D802。(111)體系氧空位形成能降低的原因；Fe的摻雜給原有體系的結(jié)構(gòu)帶來(lái)很大的調(diào)整。鐵摻雜后體系費(fèi)米能級(jí)附近出現(xiàn)了一個(gè)新的小峰態(tài)，有利于氧空位形成。3Fe吸附對(duì)Ce02(111)體系催化性能的影響，吸附體系表面和次表面氧空位形成能都大于純Ce02(111】體系的表層和次表層氧空位形成能。且靠近鐵原子的氧空位形成能大，遠(yuǎn)離鐵原子的氧空位形成能接近純CeOffl11)體系對(duì)應(yīng)位置的氧空位形成能。鐵原子吸附抑制了體系氧空位的形成。4CO

6、小分子在Ceo92Feoos02(111)表面的吸附與氧化模擬。通過(guò)計(jì)算CO分子在不同構(gòu)型中的吸附能，對(duì)比吸附分子與自由態(tài)分子的鍵長(zhǎng)，對(duì)比吸附分子的態(tài)密度與自由態(tài)分子的態(tài)密度，計(jì)算Bader電荷等方法，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)CO分子在鈰頂位以及02和03的橋位(02和03的中間位置)吸附時(shí)是物理吸附；當(dāng)CO分子在氧頂位(01和04的上方)吸附時(shí)，吸附的CO分子會(huì)被氧化為C02分子。關(guān)鍵詞：Fe／Ce02(111)；ce092Fe00。02一。(11