本文關(guān)鍵詞：第一性原理研究CO等氣體分子在金屬摻雜氮化硼上的吸附特性

  更多相關(guān)文章： 密度泛函理論 h-BN 吸附特性 CO催化氧化 反應(yīng)機(jī)制

【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展,大量的有毒有害的氣體分子都被排入空氣中,這些有毒物質(zhì)對人類賴以生存的環(huán)境造成了極大的危害。CO作為其中的主要污染物之一,具有無色、無味、有毒的特性,對環(huán)境危害很大,因此如何有效的消除CO是迫在眉睫的事。目前最有效的方法之一就是通過催化氧化,因此尋找在低溫條件下廉價高效的催化劑是非常有價值意義的。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了CO等若干氣體小分子在金屬摻雜的h-BN上的吸附特性,以及CO在金屬摻雜的h-BN體系上的催化氧化反應(yīng),主要研究工作及結(jié)果如下:1.研究了小分子(CO,O_2,NO,SO_2,H_2,H_2S等)在Co摻雜的h-BN體系下的吸附性質(zhì)。研究結(jié)果表明:Co的摻入可以改變BN的電子結(jié)構(gòu),摻雜原子周圍電荷的重新分布導(dǎo)致CO,NO,SO_2,H_2S等氣體分子主要吸附在Co及其近鄰六元環(huán)的頂位。Co-BN對上述幾種氣體分子表現(xiàn)出了較好的吸附和活化特性,為氣敏元器件和非貴金屬催化劑催化氧化CO等相關(guān)能源設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用提供了理論依據(jù)。2.研究了CO在Co摻雜的h-BN的體系上的催化氧化。結(jié)果表明:對于LH機(jī)制,CO的催化氧化反應(yīng)的第一步CO+O_2→CO_2+O,需要克服0.17 eV形成中間態(tài)OCOO,然后再克服0.55 eV的勢壘分解成CO_2分子和O原子。最后第二個CO分子與剩余的O原子反應(yīng)生成CO_2分子釋放出去,反應(yīng)勢壘為0.16 eV。對于ER反應(yīng)機(jī)制,整個反應(yīng)的限速步為0.89 eV,與之相對應(yīng)的反應(yīng)過程是CO+O_2→CO_3。TER反應(yīng)機(jī)制O_2是被吸附的兩個CO分子活化然后與之生成中間態(tài)OCO-Co-OCO,這個機(jī)制的反應(yīng)限速步是0.41 eV,對應(yīng)于2CO(ad)+O_2→OCO-Co-OCO這一反應(yīng)過程。3.研究了CO在Mn摻雜的h-BN體系上的催化氧化。結(jié)果表明:在ER機(jī)制下,該催化劑對CO的氧化反應(yīng)的效果非常好,CO+O_2(ad)→CO_3(ad)需要克服能量勢壘是0.16 eV,CO_3(ad)→CO_2(gas)+O(ad)所需的能量勢壘是0.01 eV限速步的能量勢壘只有0.19 eV。LH機(jī)制下的反應(yīng)也比較容易發(fā)生,其限速步的能量勢壘較ER機(jī)制比稍微大一些,是0.37 eV。TER機(jī)制下需要的最大是勢壘是0.67 eV。
【關(guān)鍵詞】：密度泛函理論 h-BN 吸附特性 CO催化氧化 反應(yīng)機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.31;X701
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀及進(jìn)展11-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 理論基礎(chǔ)與計算方法18-28
• 2.1 絕熱近似19-20
• 2.2 密度泛函理論20-23
• 2.2.1 Thomas-Fermi模型20-21
• 2.2.2 Hohenberg-Kohn定理21
• 2.2.3 Kohn-Sham方程21-23
• 2.2.4 交換關(guān)聯(lián)項(xiàng)23
• 2.3 布洛赫定理和超原胞模型23-24
• 2.3.1 布洛赫定理23-24
• 2.3.2 超原胞模型24
• 2.4 密度泛函計算軟件Dmol~324-25
• 2.5 表面模擬25
• 2.5.1 表面的表達(dá)25
• 2.5.2 模型25
• 2.6 過渡態(tài)的計算方法25-28
• 第三章 氣體分子在BN催化劑表面吸附的第一性原理研究28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 計算方法與模型28-29
• 3.3 結(jié)果和討論29-32
• 3.3.1 Co摻雜BN襯底模型29-30
• 3.3.2 O_2等氣體分子在BN襯底上的吸附30-32
• 3.4 O_2等氣體分子和BN襯底之間的電荷轉(zhuǎn)移32-33
• 3.5 總結(jié)33-34
• 第四章 CO在鈷（Co）摻雜六方氮化硼（h-BN）作為催化劑的襯底上的氧化反應(yīng)34-42
• 4.1 前言34
• 4.2 理論方法34-35
• 4.3 結(jié)果與討論35-41
• 4.3.1 Co在六方氮化硼上的摻雜35-37
• 4.3.2 氣體分子O_2，CO，O和CO_2在Co-BNNS上的吸附37-38
• 4.3.3 CO的氧化反應(yīng)路徑38-41
• 4.4 總結(jié)41-42
• 第五章 CO在錳(Mn)摻雜的六方氮化硼（h-BN）作為催化劑上的氧化反應(yīng)42-52
• 5.1 前言42
• 5.2 計算方法42-43
• 5.3 結(jié)果與討論43-50
• 5.3.1 Mn在h-BN上的摻雜的幾何結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性43-44
• 5.3.2 氣體分子CO，O_2， CO_2，和O在體系Mn BN上的吸附44-50
• 5.4 總結(jié)50-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 致謝56-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間的主要工作57-58

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