本文關(guān)鍵詞：碳化鎢負(fù)載單原子層鎳表面上的氨分解機(jī)理及催化劑設(shè)計

  更多相關(guān)文章： NH_3 Ni/WC 活化能 分解機(jī)理 脫氫

【摘要】：NH_3是一種富氫且具毒性的化合物,其分解產(chǎn)物氮?dú)夂蜌錃?對大氣無污染并能提供高純度氫,這對燃料電池的應(yīng)用有重要意義。因此,NH_3催化分解是消除氨和獲得氫氣的一種有效的途徑。NH_3的催化分解是目前研究的熱點(diǎn),存在的問題主要分為兩個方面,一是設(shè)計合適的催化劑,二是NH_3的催化分解機(jī)理。本論文針對這兩個方面的問題,進(jìn)行了初步的研究。本文是在密度泛函理論的基礎(chǔ)上,對NH_3分子在過渡態(tài)金屬負(fù)載WC(0001)表面分解進(jìn)行研究,通過計算吸附能、活化能、反應(yīng)熱以及幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)詳細(xì)的分析了NH_3在Ni/WC(0001)表面的分解機(jī)理,結(jié)果如下:(1)對不同過渡金屬在WC(0001)面上的單原子層負(fù)載情況進(jìn)行了系統(tǒng)研究。計算了不同過渡金屬在吸附位點(diǎn)的吸附能、幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。研究表明,不同過渡金屬在W終止的WC(0001)(WC(0001)-W)表面最穩(wěn)定吸附位置是hcp位,Ni原子在Ni/WC(0001)-W和Ni/WC(0001)-C表面的吸附能都是最大,并且,Ni原子與表面原子之間的鍵長最短,它的d態(tài)最靠近費(fèi)米能級。從而得出,Ni原子吸附在WC(0001)表面化學(xué)活性最高。(2)對于W終止的Ni/WC(0001)表面上NH_3的吸附與分解進(jìn)行系統(tǒng)研究,計算了不同相關(guān)物種在表面上吸附的幾何與電子結(jié)構(gòu),并與Ni(111)和Ni/Pt(111)表面上的結(jié)果進(jìn)行了比較。d帶質(zhì)心計算結(jié)果表明,Ni/WC(0001)-W表面的d帶質(zhì)心更靠近費(fèi)米能級,說明該表面具有較高催化活性。態(tài)密度分析表明,在不同表面上,NH_3均通過其孤對電子軌道,優(yōu)先吸附于頂位。對于NH_3分解機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)計算,結(jié)果分析表明,NH_3通過逐步脫氫分解是主要分解途徑,決速步驟為N+N→N_2,而由中間產(chǎn)物通過優(yōu)先形成N-N鍵的反應(yīng)途徑相對較難。(3)Ni/WC(0001)-C的表面的NH_3的吸附和分解進(jìn)行了系統(tǒng)研究,對于NH_3的逐步脫氫分解機(jī)理,計算了各相關(guān)物質(zhì)的吸附位置和吸附能,NH_3和NH_2在Ni/WC(0001)-C表面最穩(wěn)定吸附位置仍然分別是頂和橋位,NH、N和H的吸附位置分別是fcc、hcp和fcc位,N2分子脫附表面。NH_3在Ni/WC(0001)-C表面逐步脫氫分解過程中,NH是最多的中間產(chǎn)物,NH脫氫反應(yīng)是速控步驟。對于NH_3在Ni/WC(0001)-C的表面的分解的其它途徑,通過計算表明,NH_3在Ni/WC(0001)-C表面的脫氫分解其它路徑反應(yīng)更不容易進(jìn)行,Ni/WC(0001)-W表面更適合作為氨分解催化劑。
【關(guān)鍵詞】：NH_3 Ni/WC 活化能 分解機(jī)理 脫氫
【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】：O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 本項(xiàng)目的研究背景10-11
• 1.2 NH_3分解產(chǎn)氫的研究進(jìn)展11-12
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容12-14
• 第二章 理論與計算方法14-26
• 2.1 薛定諤方程14-15
• 2.2 密度泛函理論15-19
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理15-16
• 2.2.2 交換相關(guān)泛函16-17
• 2.2.3 贗勢法17-19
• 2.3 VASP軟件簡介19-20
• 2.4 表面建模20-21
• 2.5 過渡態(tài)的計算方法21-26
• 2.5.1 尋找過渡態(tài)22
• 2.5.2 Lanczos方法22-23
• 2.5.3 NEB方法23-26
• 第三章 過渡金屬在WC(0001)表面的吸附26-32
• 3.1 引言26
• 3.2 計算方法26-27
• 3.3 結(jié)果與討論27-30
• 3.4 小結(jié)30-32
• 第四章 W終止WC(0001)負(fù)載單原子層Ni表面上的氨分解32-48
• 4.1 引言32-33
• 4.2 計算方法33-34
• 4.3 結(jié)果和討論34-46
• 4.3.1 氨在Ni/WC(0001)表面上的逐步脫氫分解34-38
• 4.3.2 氨在Ni/WC(0001)-W表面的其它的分解途徑38-39
• 4.3.3 N_2H_x(x=0-4)在Ni/WC(0001)表面的吸附以及分解39-46
• 4.4 結(jié)論46-48
• 第五章 C終止WC(0001)負(fù)載單原子層Ni表面上的氨分解48-62
• 5.1 引言48
• 5.2 計算方法與模型48-49
• 5.3 結(jié)果與討論49-53
• 5.3.1 NH_x(x=0-3)在Ni/WC(0001)-C表面的吸附和分解49-52
• 5.3.2 NH_x在Ni/WC(0001)-C表面的逐步脫氫分解機(jī)理52-53
• 5.4 NH_3在Ni/WC(0001)-C表面分解的其它途徑53-61
• 5.4.1 Ni/WC(0001)-C表面上N_2H_x（x=0-4）分子以及共吸附分子的吸附能53-56
• 5.4.2 Ni/WC(0001)-C表面的上的N_2H_x(x=1-4)分子的脫氫以及合成反應(yīng)56-61
• 5.5 小結(jié)61-62
• 第六章 結(jié)論與展望62-66
• 參考文獻(xiàn)66-74
• 致謝74-76
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄76-77

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本文編號：610316