【摘要】：汽車(chē)尾氣、工業(yè)廢氣等生產(chǎn)生活中所產(chǎn)生的有毒性氣體一氧化碳(CO)能夠影響人類(lèi)的健康。并且在催化劑應(yīng)用、燃料電池使用過(guò)程中,CO的存在也很容易引起催化劑的中毒而失活。目前,氧化是消除CO最簡(jiǎn)單有效的手段。特別地,CO氧化往往做為一種探針?lè)磻?yīng)能夠很好地來(lái)檢測(cè)新型催化劑的催化特性。因此CO氧化反應(yīng)獲得了理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究的廣泛關(guān)注。做為傳統(tǒng)催化劑,多種貴金屬可以高效地氧化CO。但由于其成本高、低豐度等缺點(diǎn)人們需要尋找相應(yīng)替代催化劑。近年來(lái),單原子催化劑由于其催化活性高、穩(wěn)定性好、成本低廉等特點(diǎn)使其在生產(chǎn)應(yīng)用中具有替代傳統(tǒng)催化劑的應(yīng)用潛力從而引起了人們的廣泛關(guān)注。單個(gè)金屬原子嵌入二維材料不僅改變二維材料的催化性質(zhì)而且使金屬原子的使用率大大提高。二維材料負(fù)載的新型單原子催化體系在氧化CO方面取得了較多的研究進(jìn)展。本文基于包含色散校正的密度泛函理論(DFT-D),研究了CO在兩種典型的單原子催化體系上氧化過(guò)程:1)單個(gè)Pd原子摻雜石墨烯(graphene)和2)單個(gè)Ir原子嵌入石墨炔(graphdiyne)。通過(guò)對(duì)其幾何、電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)和催化反應(yīng)特性的系統(tǒng)分析。結(jié)果表明:1)CO在單個(gè)Pd原子摻雜的石墨烯上的氧化更傾向于三分子Eley-Rideal(Trimolecular Eley-Rideal,TER)機(jī)制,其限速步勢(shì)壘僅為0.29 eV。它比傳統(tǒng)的ER(1.23eV)和LH(Langmuir Hinshelwood,0.60 eV)機(jī)理而言更有利。比較限速步勢(shì)壘發(fā)現(xiàn)Pd摻雜石墨烯比其他金屬(Fe、Pt、Au、Cu、Al和Mo)修飾的石墨烯具有更好的CO的氧化活性。良好的催化活性表明,Pd摻雜石墨烯有望解決汽車(chē)尾氣和工業(yè)廢氣排放中的CO去除問(wèn)題。2)通過(guò)分析Ir原子嵌入石墨炔氧化過(guò)程中的CO以及O_2分子的吸附和過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu),我們?cè)O(shè)計(jì)出一種更為行之有效的新型ER(NER)反應(yīng)路徑:兩個(gè)CO分子同時(shí)靠近已經(jīng)吸附的O_2分子時(shí)促進(jìn)了O_2分子的活化從而同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)CO_2,其限速步反應(yīng)勢(shì)壘僅為0.37 eV。并通過(guò)計(jì)算處于不同溫度下的反應(yīng)速率發(fā)現(xiàn),高溫下Ir原子嵌入石墨炔可以加速反應(yīng)的進(jìn)行,且新的ER路徑比其他路徑更能有效促進(jìn)CO氧化。通過(guò)限速步勢(shì)壘的比較,單個(gè)Ir原子嵌入石墨炔比純石墨炔以及其他單原子(Sc、Ti)修飾的石墨炔更具有CO氧化活性。
【圖文】：

界面對(duì)吸附的影響都對(duì)催化劑的催化性能有很大的影響�；诤蟼�(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要綜合考慮各個(gè)因素逐個(gè)研究。子催化劑的 CO 氧化催化劑，貴金屬催化劑已被廣泛研究。但是，貴金屬反應(yīng)溫度高并且可能在氫分子存在的情況下引發(fā)爆炸。因此，在化的低成本和高安全性催化劑是合乎需要的。金屬作為催化劑可電池，藥物和農(nóng)用化學(xué)品的生產(chǎn)。但是由于大多數(shù)催化作用發(fā)生應(yīng)物分子不能接觸內(nèi)部金屬原子，它們?cè)诤艽蟪潭壬隙急焕速M(fèi)了的含量比應(yīng)該被最小化，具有高“表面/體積”比率的較小金屬顆1-1 所示，材料的表面自由能隨著金屬尺寸的減小反而急劇增大。簇內(nèi)原子的數(shù)量和它們與載體表面的相互作用在確定它們的催化。

4.7 倍的“洞”。因此，它可以用來(lái)過(guò)濾小分子，進(jìn)行水油分離 在平面內(nèi)具有非常大的楊氏模量，但是卻可以很容易地沿著 在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用優(yōu)于零帶隙石墨烯，主要由于其 1.1 。在光吸收方面比間接帶隙硅更有優(yōu)勢(shì)。此外，研究指出其平的電荷載流子遷移率，并且通過(guò)形態(tài)學(xué)控制，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)制確定義的二亞胺結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)扭轉(zhuǎn)、大小形狀的改變等構(gòu)如圖 1-2 所示，這將進(jìn)一步促進(jìn)電子、光學(xué)、能源等領(lǐng)域以及納米壁都表現(xiàn)出較好的場(chǎng)發(fā)射性能，并且高于石墨和碳在作為儲(chǔ)能材料或者作為電池中的陽(yáng)極材料等實(shí)際應(yīng)用方面4]。據(jù)報(bào)道，石墨炔可以作為一種高效的鋰儲(chǔ)存材料，，以 GD池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能比容量高、倍率性能優(yōu)異、循環(huán)壽能源應(yīng)用方面，GDY 表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性和能源轉(zhuǎn)化能力起越來(lái)越多的關(guān)注。
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X701;O643.36

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本文編號(hào)：2596217