甲烷高溫燃燒催化劑表面吸附機理研究.pdf

1、本論文應用量子化學理論詳細研究了清潔能源天然氣(主要成分甲烷)的高溫催化燃燒機理。重點研究不同鈣鈦礦(ABO3)表面結構對高溫催化燃燒的影響，并對不同濃度鑭摻雜鈣鈦礦催化劑的催化性能進行了預測。
　　 我們在第一性原理水平應用密度泛函理論對周期性結構進行研究，在DFT-GGA框架下用真空表面模型分析CH1和O2與一系列鈣鈦礦表面吸附及相互作用的電子結構及作剛機理。首先對鈣鈦礦的表面進行結構優(yōu)化，并對表面能量及電子結構進行了研究，

2、表面結構計算結果顯示，電荷在表面發(fā)生了重新分配，能量計算表明BaZrO3的(001)面比(011)、(111)面能量低，是穩(wěn)定的表面。第二，研究CH1和O2在穩(wěn)定表面不同位點的吸附行為，探討不同的A位、B位鈣鈦礦離子對CH1和O2吸附的影響，并對吸附結果進行布居數和態(tài)密度分析，結果表明B位為CH1和O2的最佳吸附位，通過對比CH1和O2在不同鈣鈦礦(BaZrO3、BaCeO3、BaCoO3、LaCoO3)表面的吸附行為，可知：A位離子的

3、不同，可以調節(jié)B位離子的電荷，從而影響CH1和O2在表面的吸附。各催化劑的催化甲烷燃燒活性順序為LaCoO3>BaZrO3>BaCeO3>BaCoO3.與文獻結果一致。由于催化燃燒反應氣體吸附是燃燒的關鍵一步，由此我們可以推斷：催化燃燒過程中催化劑表面吸附的O2是主要氧化劑，能對CH4和O2有較強吸附作用的催化劑(如LaCoO3)是催化甲烷燃燒反應的較好催化劑。第三，對鑭不同濃度摻雜鈣鈦礦BaZrO3的構型進行計算，并通過分析電子態(tài)密度