當(dāng)前,環(huán)境污染和能源危機(jī)等問題日益嚴(yán)峻,對社會(huì)發(fā)展和人類的生活產(chǎn)生了極大影響,因此尋找低成本、無污染、可持續(xù)發(fā)展的新型能源迫在眉睫。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)因其高發(fā)電效率和低污染排放而備受矚目,被認(rèn)為是未來便攜能源站和交通工具中潛在的能源裝置。傳統(tǒng)的PEMFCs催化劑是Pt/C型納米催化劑(即金屬Pt負(fù)載于碳黑表面),但這類催化劑存在碳黑易在電化學(xué)環(huán)境中被腐蝕及表面金屬Pt的化學(xué)穩(wěn)定性較弱且價(jià)格昂貴等不足,因而尋找價(jià)格低廉、化學(xué)穩(wěn)定性和催化活性高的“代催化劑”是解決生產(chǎn)實(shí)際問題的關(guān)鍵。使用過渡金屬碳化物作為襯底材料負(fù)載金屬單原子及單原子層催化劑的設(shè)計(jì)方案,有望替代傳統(tǒng)催化劑,并解決PEMFCs催化劑中的存在的問題。本文以碳化鈮(NbC)為研究對象,采用了第一性原理和密度泛函理論方法,選取其最穩(wěn)定的非極化的(001)表面為催化劑基底,先后負(fù)載了9～11族金屬單原子及金屬單原子層催化劑,并通過不同的篩選標(biāo)準(zhǔn),擬挑選最優(yōu)催化劑。同時(shí)以Pt(111)為參考,對比了NbC(001)催化劑、NbC(001)表面負(fù)載的Pt和Pd單層催化劑對氧還原反應(yīng)(ORR)和氫氧化反應(yīng)(HOR)的催化活...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖3-1(a)純凈的NbC(001)表面模型與(b)過渡金屬負(fù)載的M/NbC(001)表面模型的（正視圖及側(cè)視圖）

分別如圖3-1(a)-(b)所示。

圖3.2(a)9～11族金屬單原子在NbC(001)表面的吸附能(ads,eV)，(b)表面金屬單原子的密里根電荷數(shù)目(QM),單位為電子電荷(e)，正值表示金屬失電子，負(fù)值代表金屬得電子

為進(jìn)一步了解金屬單原子與襯底之間的相互作用情況，我們計(jì)算分析了不同體系密里根電荷情況[45]。如圖3-2(b)所示，金屬單原子在襯底表面得失電荷的情況與其被附強(qiáng)度之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，即：對于第九族和第十族金屬單原子而言，原子所得荷量與它們在襯底表面的吸附能具有相同的規(guī)律性趨勢。

圖3.39～11族金屬單原子在NbC(001)表面的d-帶中心位置排布圖，圖中0.0eV處為費(fèi)米能級（Ef）

金屬單原子在NbC(001)表面的d-帶中心位置排布圖，圖中0.0eV處為的位置知，在單原子尺寸下，過渡金屬的d-帶是不連續(xù)的，因此使用d道理論作為輔助，預(yù)測單原子催化劑的化學(xué)活性會(huì)更具有說服力

圖3-4M/NbC(001)型催化劑的態(tài)密度和吸附金屬與孤立O2分子的前線分子軌道分布圖

bC(001)型催化劑的態(tài)密度和吸附金屬與孤立O2分子的前線分子bC(001)負(fù)載的金屬單原子催化劑活性的因素節(jié)的結(jié)論，不同的金屬單子催化劑的催化活性有很大的單原子基本特性，筆者認(rèn)為，催化活性的差異可能取決方面的差異和金屬原子電負(fù)性(E-N)的不同。功函數(shù)與束縛能力的物理....

本文編號(hào)：3941516