鉑金屬儲量稀少,價格昂貴,使得人們迫切需要尋找一種廉價催化劑來替代其大規(guī)模的商業(yè)化應用。碳化鎢具有類Pt的電子結(jié)構(gòu),擁有可與鉑相媲美的催化性能,有希望替代鉑并解除鉑儲量日益減少的困境。本文對Pt/WC(0001)表面和Pt(111)表面上H₂O的分解和CO的氧化反應作了對比研究,研究發(fā)現(xiàn)H₂O的分解反應在該兩表面顯示出相似的活性。用WC作為載體后,Pt原子的電子結(jié)構(gòu)因受到Pt與WC之間的強相互作用力而發(fā)生變化,結(jié)果不僅防止了Pt原子團聚,還弱化了CO,CO2和COOH等中間體在Pt/WC表面的吸附能力。另外,Pt/WC表面更容易捕捉OH這一特點可以使Pt/WC表面具有較高的OH濃度,因此可以在動力學上促進吸附在Pt/WC表面上的CO被OH氧化生成CO2脫附這一過程。Mulliken布居分析發(fā)現(xiàn),WC載體向每個Pt原子轉(zhuǎn)移的電子數(shù)多達0.280e,導致Pt原子d帶中心向低能級方向移動。Pt原子上電荷累積使得CO 5σ與金屬d軌道的成鍵作用減弱;而d帶中心向低能級方向移動則造成金屬d電子對CO 2π*反鍵軌道反饋不足。因此Pt/WC具有比Pt更高...

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 直接甲醇燃料電池
    1.3 貴金屬鉑
        1.3.1 貴金屬鉑的性質(zhì)和催化機理
        1.3.2 貴金屬鉑的甲醇氧化機理
    1.4 碳化鎢
        1.4.1 碳化鎢的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
        1.4.2 碳化鎢研究現(xiàn)狀
        1.4.3 碳化鎢–碳復合材料
        1.4.4 碳化鎢作為基體
        1.4.5 碳化鎢雜原子摻雜
    1.5 研究內(nèi)容
第二章 密度泛函理論與計算方法
    2.1 密度泛函理論
        2.1.1 Thomas-Fermi模型
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程
        2.1.4 交換相關(guān)泛函
            2.1.4.1 局域密度近似泛函
            2.1.4.2 廣義梯度近似泛函
        2.1.5 密度泛函自洽過程
    2.2 Materials Studio軟件簡介
    2.3 Dmol³軟件包
        2.3.1 Dmol³自洽原理
        2.3.2 Mulliken Population分析
    2.4 團簇模型
    2.5 平板模型
第三章 Pt/WC(0001)表面水分解和CO氧化的動力學及熱力學研究
    3.1 引言
    3.2 計算方法與表面模型
        3.2.1 表面模型
        3.2.2 電化學模擬方法
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 穩(wěn)定性分析
        3.3.2 吸附構(gòu)型和吸附能
        3.3.4 CO在Pt/WC(0001)和Pt(111)面的吸附
        3.3.5 活化能
            3.3.5.1 H₂O的解離
            3.3.5.2 OH的解離
            3.3.5.3 O原子氧化CO反應機理
            3.3.5.4 OH氧化CO反應機理
            3.3.5.5 COOH的解離
        3.3.6 水分解和CO氧化反應機理
        3.3.7 電極電勢的影響
        3.3.8 電子結(jié)構(gòu)與化學吸附
    3.4 結(jié)論
第四章 密度泛函理論研究N摻雜 (WC)_n (n=1-10)團簇的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
    4.1 引言
    4.2 計算方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 (WC)_n和W_nC_n-1N團簇
        4.3.2 W_nC₍(n-1))N的相對穩(wěn)定性
        4.3.3 Mulliken電子布居分析
        4.3.4 HOMO-LOMO能隙
        4.3.5 W₆C₅N的電子結(jié)構(gòu)分析
    4.4 結(jié)論
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 主要結(jié)論
    5.2 對未來工作的展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的代表性學術(shù)成果
致謝



本文編號：3829879