IB族金屬鎳基合金抗硫中毒機(jī)理的第一性原理研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFCs)有望成為未來(lái)可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，與其他燃料電池或能量轉(zhuǎn)換裝置相比，SOFC具有許多顯著的優(yōu)勢(shì)，比如固體氧化物燃料電池使用固態(tài)電解質(zhì)，全固態(tài)組件（沒(méi)有移動(dòng)部件）、能夠規(guī)避貴金屬的使用、效率高、低污染、燃料適應(yīng)性強(qiáng)等。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)料流中不可避免地會(huì)進(jìn)入硫化物，產(chǎn)生H2S氣體，進(jìn)而分解成單質(zhì)硫，導(dǎo)致陽(yáng)極催化劑硫中毒，從而影響SOFC的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，阻礙SOFC的商業(yè)化發(fā)展。
　　本文利用第一

2、性原理方法，結(jié)合從頭算原子熱力學(xué)方法(ab initio atomisticthermodynamics method)（用以計(jì)入環(huán)境溫度和氣體分壓的影響），并從原子層次和電子結(jié)構(gòu)方面對(duì)IB族（金、銀和銅）Ni基合金體系的硫中毒現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)的研究，探究了鎳基合金對(duì)固體氧化物燃料電池陽(yáng)極硫中毒的影響。進(jìn)一步考慮電場(chǎng)的影響，以Cu/Ni體系為重點(diǎn)研究對(duì)象，研究了不同的摻雜濃度的Cu/Ni表面合金的抗S中毒機(jī)制。研究的目的是希望找出鎳基雙金屬

3、催化劑抗硫中毒的原因，為設(shè)計(jì)新的抗硫中毒材料提供參考。主要研究工作及結(jié)果如下:
　　1.研究了IB族金屬（金、銀和銅）摻雜的Ni(100)，(110)和(111)面上硫中毒效應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)在Ni(100)和Ni(110)表面，引入IB族金屬摻雜，可以使其d帶中心下移，遠(yuǎn)離費(fèi)米能級(jí)，從而減弱了對(duì)硫的吸附，抗硫中毒能力從弱到強(qiáng)依次為Ni＜Cu/Ni＜Ag/Ni＜Au/Ni.然而在Ni(111)表面引入IB族金屬摻雜，其抗硫中毒能力順序卻

4、是Ag/Ni(or Cu/Ni)＜Ni＜Au/Ni.在M/Ni(111)表面增加IB族金屬表面摻雜濃度至50％時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)不僅Au而且Ag和Cu摻雜都可以很好地抗硫中毒。結(jié)果表明，Ni表面合金化可以很好地抗硫中毒，相比于Ag和Cu摻雜，Au的抗硫中毒效果更好。
　　2.研究了外電場(chǎng)和不同濃度的銅摻雜對(duì)Ni(100)，(110)和(111)表面的抗硫中毒性能的影響。我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于純凈的鎳，(111)面最不容易產(chǎn)生硫中毒，(100)面