本文關(guān)鍵詞：過(guò)渡金屬單氧化物電子性質(zhì)和催化性能的理論研究

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【摘要】：過(guò)渡金屬單氧化物(如FeO, CoO和NiO等)由于其結(jié)構(gòu)單一,制備方法簡(jiǎn)單,無(wú)毒低廉等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)引起了科研工作者的廣泛關(guān)注并被廣泛應(yīng)用于光電材料,磁性材料,儲(chǔ)能材料,催化材料等領(lǐng)域。因此,研究這類材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和電子性質(zhì)有利于從機(jī)理層面上更好地認(rèn)識(shí)和理解問(wèn)題。但是,過(guò)渡金屬單氧化物屬于強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)體系,過(guò)渡金屬3d電子之間存在著很強(qiáng)的相互作用,傳統(tǒng)的密度泛函理論對(duì)于這類材料的性質(zhì)研究,尤其是電子性質(zhì)的研究,往往無(wú)能為力,目前還沒(méi)有統(tǒng)一的方法來(lái)對(duì)這類體系進(jìn)行研究,而且鮮有文獻(xiàn)報(bào)道不同泛函方法之間的性能比較�；谝陨蠈�(duì)過(guò)渡金屬單氧化物的研究現(xiàn)狀,在本研究課題中,選取了FeO, CoO和NiO三種過(guò)渡金屬單氧化物,利用不同的泛函PBE, PBE+U以及屏蔽雜化泛函HSE對(duì)三種過(guò)渡金屬單氧化物體相的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)于三種過(guò)渡金屬單氧化物,在結(jié)構(gòu)性質(zhì)預(yù)測(cè)上幾種不同的泛函都能給出與實(shí)驗(yàn)值一致的結(jié)果；而對(duì)于電子性質(zhì),PBE方法明顯低估單氧化物的帶隙值；PBE+U方法只要給定一個(gè)合適的U值就能得到與實(shí)驗(yàn)值吻合的結(jié)果,但是對(duì)于不同的性質(zhì)無(wú)法找到一個(gè)統(tǒng)一的U值；而HSE方法對(duì)于結(jié)構(gòu)性質(zhì)和電子性質(zhì)都能與實(shí)驗(yàn)值吻合得較好�；趯�(duì)方法的評(píng)價(jià),利用PBE+U方法對(duì)三種單氧化物不同表面的表面能、表面態(tài)密度以及功函進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明,(100,),(311)和(211)的表面能明顯低于(111)和(110)的表面能,而且對(duì)于極性表面,以氧終結(jié)的表面能要比以金屬終結(jié)的表面能低；從計(jì)算的Wulff圖可以看出,FeO主要暴露的表面是(110),CoO和NiO晶體主要暴露的表面是(211)。晶體表面的暴露比例不僅與表面能有關(guān),還與晶面的取向有關(guān)。表面態(tài)密度的計(jì)算表明,表面的帶隙值要比體相的��；功函數(shù)計(jì)算表明FeO表面功函比CoO和NiO低,并且以金屬終結(jié)的表面功函比以氧終結(jié)的表面功函更低。最后,模擬了合成氣(CO和H2)在Ni(111)和40/Ni(111)催化劑表面的轉(zhuǎn)化。計(jì)算發(fā)現(xiàn)在Ni(111)表面,CO和H2主要以生成CH4為主,但是表面有氧存在的情況下,會(huì)明顯降低Ni催化劑的加氫性能,同時(shí)提高了長(zhǎng)鏈碳?xì)湮锓N的選擇性。
【關(guān)鍵詞】：密度泛函 過(guò)渡金屬單氧化物 強(qiáng)關(guān)聯(lián) 結(jié)構(gòu)性質(zhì) 電子性質(zhì) 表面催化
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 過(guò)渡金屬氧化物10-11
• 1.2 過(guò)渡金屬單氧化物的晶體結(jié)構(gòu)11-13
• 1.2.1 FeO的晶體結(jié)構(gòu)11
• 1.2.2 CoO的晶體結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.3 NiO的晶體結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3 過(guò)渡金屬單氧化物的磁性13-17
• 1.4 Mott絕緣體與Charge-transfer絕緣體17-19
• 1.5 強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)19
• 1.6 過(guò)渡金屬單氧化物的能帶結(jié)構(gòu)19-22
• 1.7 過(guò)渡金屬單氧化物的DFT研究22-25
• 1.8 存在問(wèn)題及研究意義25
• 1.9 研究目標(biāo)25-27
• 第二章 密度泛函理論27-36
• 2.1 密度泛函理論起源28-29
• 2.1.1 多體理論28
• 2.1.2 Bom-Oppenheimer 近似28-29
• 2.1.3 Hartree-Fock 近似29
• 2.2 密度泛函理論發(fā)展29-36
• 2.2.1 電子密度30
• 2.2.2 Thomas-Fermi模型30
• 2.2.3 Hohenberg-Kohn定理30-31
• 2.2.4 Kohn-Sham方程31-32
• 2.2.5 交換相關(guān)泛函32-36
• 第三章 過(guò)渡金屬單氧化物體相性質(zhì)研究36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 計(jì)算模型與方法36-38
• 3.3 結(jié)果與討論38-48
• 3.3.1 不同磁態(tài)的相對(duì)能量38
• 3.3.2 晶格參數(shù)和磁矩38-39
• 3.3.3 帶隙與態(tài)密度39-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 過(guò)渡金屬單氧化物表面性質(zhì)研究49-67
• 4.1 引言49-50
• 4.2 計(jì)算方法與模型選擇50-51
• 4.3 結(jié)果與討論51-66
• 4.3.1 表面能的計(jì)算51-58
• 4.3.2 表面態(tài)密度58-61
• 4.3.3 表面功函數(shù)61-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 氧調(diào)控Ni基催化劑在Fischer-Tropsch反應(yīng)中的催化性能67-79
• 5.1 引言67-69
• 5.2 計(jì)算模型與計(jì)算方法69-70
• 5.3 結(jié)果與討論70-77
• 5.4 本章小結(jié)77-79
• 結(jié)論與展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-89
• 致謝89-90
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90

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本文編號(hào)：814464