鈦團簇Tin(n=1-7)與氣體分子吸附作用的理論研究.pdf

1、金屬團簇由于其具有巨大的比表面積而表現(xiàn)出超眾的催化性能。本文采用基于密度泛函理論的量子化學(xué)方法研究了鈦團簇Tin(n=1-7)的電子結(jié)構(gòu)特性,以及鈦Ti n團簇與氧氣、氮氣、一氧化碳等的相互作用。
　　首先應(yīng)用高斯軟件對比各種理論方法確定了研究鈦團簇的最合適方法,其次利用選定的理論方法對Ti n團簇含不同原子數(shù)目時各種可能構(gòu)型進行優(yōu)化以確定其最穩(wěn)定構(gòu)型,然后系統(tǒng)地研究了穩(wěn)定中性及帶電荷鈦團簇與氧氣O2、氮氣N2、一氧化碳CO分子的

2、相互作用情況。
　　本研究課題的研究內(nèi)容包括:1.選擇不同的理論方法對Tin團簇進行研究,力求找到與實驗數(shù)據(jù)符合最好的理論方法;2.研究了Tin團簇與氧氣O2、氮氣N2、一氧化碳CO分子的吸附作用;3.通過對Tin團簇與不同小分子相互作用的研究為金屬催化反應(yīng)提供理論基礎(chǔ)。
　　本研究最終發(fā)現(xiàn):中性及帶電荷鈦團簇對氧氣O2、氮氣N2、一氧化碳CO分子吸附作用有以下共同點:1. O2、N2、CO分子的化學(xué)鍵均發(fā)生了斷裂;2. C

3、、N、O原子均傾向于結(jié)合在鈦Tin(n≥3)團簇的面位;3.在中性TiM(M=O2、N2、CO)團簇上附加不同電荷均使其結(jié)構(gòu)發(fā)生了微擾;4. TiM1-在所有帶電荷及中性 TiM(M=O2、N2、CO)團簇中能量最低。
　　具體來說,關(guān)于鈦團簇對O2的吸附作用:相互作用后的TinO2團簇除n=7外具有更高的穩(wěn)定性和更低的化學(xué)活性;中性TinO2團簇的吸附能Ead除了n=4外,表現(xiàn)出不斷上升的趨勢;對于不同電荷時的吸附能 Ead有以

4、下順序:TinO22+>TinO22->TinO21+>TinO21-。關(guān)于鈦團簇對N2的吸附作用:中性TinN2團簇的吸附能Ead從n=1單調(diào)增加到n=4,然后在n為5~7時振蕩;對于TinN2團簇離解能的研究,我們發(fā)現(xiàn)解離Tix(1≤x≤n-1, n=2–7)亞單元在能量上是不利的,說明了TinN2團簇在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的;不同電荷的 TinN2團簇的吸附能有如下趨勢:TinN22+>TinN21+>TinN22->TinN21-。關(guān)