本文關(guān)鍵詞：基于密度泛函理論計(jì)算研究金屬合金納米催化劑

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【摘要】：近年來(lái),金屬合金納米催化劑在催化劑領(lǐng)域的地位不斷攀升,主要依托于其在催化領(lǐng)域獨(dú)特的性質(zhì),包含比表面積大和金屬的協(xié)同作用等,可廣泛應(yīng)用于解決能源和環(huán)境問(wèn)題,因而對(duì)于金屬合金納米催化劑的研究受到催化材料化學(xué)領(lǐng)域科技工作者的廣泛關(guān)注。在研究方法中,基于密度泛函理論(DFT)的計(jì)算已成為研究金屬合金納米催化劑的一種重要手段,其本身的準(zhǔn)確性已經(jīng)得到證實(shí)。本文以密度泛函理論(DFT)計(jì)算為主要的研究手段,以金屬合金納米催化劑為研究對(duì)象,系統(tǒng)闡述了Pd-Pt、Cu-Ni和Au-Pd金屬合金納米催化體系的結(jié)構(gòu)及在特定反應(yīng)中的催化性能。本文主要工作可分為三大部分：一是利用DFT計(jì)算對(duì)特定團(tuán)簇結(jié)構(gòu)——鉆石皇冠結(jié)構(gòu)型的Pd-Pt納米合金團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性和化學(xué)活性進(jìn)行研究；二是利用DFT計(jì)算研究Cu-Ni雙金屬納米簇在吸附CO2后組成效應(yīng)與幾何弛豫現(xiàn)象研究；三是利用DFT計(jì)算研究了Au-Pd金屬納米簇功能化離子液體與CO2的相互作用。本文主要結(jié)論如下：(1)利用Monte Carlo方法,得到原子數(shù)為55、147、309和561的Pd-Pt鉆石結(jié)構(gòu)的高對(duì)稱性的立方八面體(Cubo)、十面體(Dec)和二十面體(Ico)的穩(wěn)定團(tuán)簇模型,相同原子數(shù)的團(tuán)簇穩(wěn)定性基本遵循：IcoDecCubo。利用molecular dynamics (MD)模擬方法,相同尺寸下的熔點(diǎn)遵循：Ico Dec Cubo。利用DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)針對(duì)55原子的團(tuán)簇,Ico對(duì)O原子的吸附能力最強(qiáng),并且隨著O原子覆蓋率增加,吸附性能下降,同時(shí)原子數(shù)量多的Ico對(duì)O的吸附性能弱于原子數(shù)量少的。本文所探索了特殊構(gòu)型的鉆石皇冠結(jié)構(gòu)的Pd-Pt合金納米團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)活性,對(duì)鉆石皇冠這種特殊的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)做催化劑的設(shè)計(jì)提供部分理論基礎(chǔ)。(2)利用DFT計(jì)算得到55個(gè)原子Cu殼Ni核(Cu55, Cu54Ni1, Cu42Ni13)的高對(duì)稱性的立方八面體(Cubo)、十面體(Dec)和二十面體(Ico)的穩(wěn)定團(tuán)簇模型,團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性遵循：IcoDecCubo。同時(shí),通過(guò)比較頂點(diǎn)位置上的CO2的吸附強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)Cu42Ni13這種結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的吸附能力。在CO2吸附的過(guò)程中,Cubo和Dec團(tuán)簇發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變?yōu)镮co結(jié)構(gòu),這也驗(yàn)證了上訴團(tuán)簇穩(wěn)定性的規(guī)律。本文所得到的結(jié)果,為CO2加氫生產(chǎn)甲醇過(guò)程探索新型的合金催化劑提供部分理論基礎(chǔ)。(3)利用DFT計(jì)算探索Au和Pd兩種金屬功能化離子液體,發(fā)現(xiàn)這種新型物質(zhì)可以穩(wěn)定存在,發(fā)現(xiàn)單原子Au或Pd的修飾可以增加C02-的吸附強(qiáng)度,同時(shí),將單原子替換為小型金屬團(tuán)簇或合金團(tuán)簇,Au1Pd2合金團(tuán)簇功能化的離子液體對(duì)C02-呈現(xiàn)最強(qiáng)的吸附性能。本文將對(duì)不同尺寸和組成的Au-P d合金團(tuán)簇功能化的離子液體對(duì)C02-吸附性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究,對(duì)應(yīng)用于二氧化碳加氫過(guò)程中可采用的金屬功能化離子液體的催化劑提供新思路。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;O641.1
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本文編號(hào)：1190374