氫在金屬鈀臺階和納米顆粒表面吸附特性的理論研究.pdf

1、在現(xiàn)代物理化學(xué)領(lǐng)域的研究中，氣態(tài)分子與過渡族金屬的相互作用是一個應(yīng)用很廣泛的課題，它是很多工業(yè)過程的基礎(chǔ)，例如異相催化反應(yīng)、金屬的氧化過程、有機(jī)合成機(jī)理等。而從微觀層次對此進(jìn)行理論研究，對于理解催化反應(yīng)和幫助我們了解詳細(xì)的催化作用機(jī)理有十分重要的作用。本文用改進(jìn)的分析型嵌入原子方法(MAEAM)和MORSE勢分別構(gòu)造了金屬-金屬、氫-氫和氫-金屬之間的相互作用勢，系統(tǒng)地計算了氫原子在Pd(211)、Pd(311)和Pd(533)三個典型

2、的臺階表面上氫原子的最穩(wěn)定吸附位、吸附平衡鍵長和三維擴(kuò)散勢能面(PES)。計算結(jié)果表明金屬表面臺階以及臺階與平臺的排列順序?qū)湓游教匦院艽笥绊?，氫在金屬臺階表面最穩(wěn)定位置的吸附能明顯比平坦表面最穩(wěn)定吸附位的吸附能低，而且氫原子趨向于吸附在距離臺階最近的四重洞位上。臺階長短對氫最穩(wěn)定吸附四重洞位處吸附能影響不大，而臺階和平臺的排列順序?qū)ξ教匦杂绊懞艽?。最后，計算了氫原子在鈀截角八面體顆粒表面上吸附時，顆粒大小、邊界存在以及氫的覆蓋度

3、對氫吸附特性的影響。計算結(jié)果表明，氫在納米顆粒表面上的吸附表現(xiàn)出很多獨(dú)特的性質(zhì)，覆蓋度和顆粒大小以及顆粒邊界對氫的吸附特性均有明顯影響，氫原子在顆粒表面邊界吸附位的吸附能略低于它在顆粒表面中心相同性質(zhì)吸附位的吸附能。而隨著顆粒尺寸逐層增大，相同性質(zhì)吸附位氫的吸附能有逐漸升高的趨勢，當(dāng)顆粒的尺寸增大到3.2nm時，表面中心位置氫的吸附能和鍵長的數(shù)值接近對應(yīng)平坦表面的數(shù)值并開始趨于平穩(wěn)。對于3.2nm大小的鈀截角八面體納米顆粒，當(dāng)氫的覆蓋度

4、從低覆蓋度增加到飽和覆蓋度的時候，顆粒(111)表面的fcc位吸附能升高大約為0.6eV，而顆粒(100)表面H4位的吸附能升高大約為0.3eV。而隨著覆蓋度和顆粒尺寸的變化，這些吸附位上H-Pd平衡鍵長的變化不是很明顯，說明吸附鍵長隨尺寸和覆蓋度的變化并不明顯。最后我們計算了氫在鈀表面吸附的溫度效應(yīng)，結(jié)果表明氫的吸附能隨體系的溫度升高而呈線性升高的趨勢，并發(fā)現(xiàn)了Pd(100)面上氫吸附的兩個脫附相。我們的這些半經(jīng)驗(yàn)勢的計算模擬結(jié)果和實(shí)