質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)由于其高效、清潔和綠色等優(yōu)點,是未來最可能替換傳統(tǒng)能源的候補之一。眾所周知,燃料電池陰極動力學遲緩是制約燃料電池的主要發(fā)展原因,金屬Pt是催化活性最高的催化劑,但稀少的儲量導致其價格極高,另外還有壽命問題,使得燃料電池催化劑一直難以大規(guī)模商業(yè)化。開發(fā)低貴金屬、高活性和穩(wěn)定性的氧還原催化劑成為燃料電池發(fā)展的關鍵點。而合理的設計和篩選催化劑會省下大量的研究經(jīng)費和時間,所以從理論上入手,探究氧還原催化劑的機理對實驗有著重要的支撐和指導作用。隨著計算化學理論和科技手段的發(fā)展,以密度泛函理論(DFT)為主的第一性原理理論和高性能計算機技術為科研工作者研究氧還原反應(ORR)的理論提供了基礎。本文利用DFT研究了fcc-PdCu(111)、bcc-PdCu(110)及其Ni摻雜S-PdCuNi(110)表面上的動力學和熱力學性質(zhì),確定了最佳的反應機理。同時也對M-PdCuCo(110)和MPdCuNi(110)催化劑的催化活性和穩(wěn)定性進行了詳細的探討,在理論上驗證了前人實驗結(jié)果,并對Pd基系列合金催化劑進行總結(jié)。本文主要的工作和結(jié)果如下:(1)利用DFT的方法建立f...

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 前言
    1.2 燃料電池的發(fā)展歷史
    1.3 燃料電池的分類
    1.4 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理
    1.5 氧還原反應機理
    1.6 氧還原反應催化劑實驗和理論研究現(xiàn)狀
    1.7 研究方法和研究內(nèi)容
    1.8 本論文的創(chuàng)新點
第2章 計算理論及計算方法
    2.1 第一性原理計算方法
    2.2 密度泛函理論
    2.3 交換相關泛函
    2.4 過渡態(tài)理論
    2.5 DMol3原理和方法
第3章 PdCu二元催化劑的ORR理論研究
    3.1 前言
    3.2 計算方法和模型
    3.3 結(jié)果和討論
        3.3.1 d帶中心
        3.3.2 表面吸附情況
        3.3.3 ORR動力學研究
        3.3.4 ORR自由能反應途徑
    3.4 本章小結(jié)
第4章 PdCuNi三元催化劑在ORR中的理論研究
    4.1 前言
    4.2 計算方法與模型
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 態(tài)密度
        4.3.2 功函數(shù)變化
        4.3.3 ORR中間體表面吸附
        4.3.4 ORR動力學研究
        4.3.5 ORR反應途徑與機理
    4.4 本章小結(jié)
第5章 PdCuM三元催化ORR的第一性原理研究
    5.1 前言
    5.2 計算方法與模型
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 d帶中心
        5.3.2 活性分析
        5.3.3 穩(wěn)定性分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間的研究成果



本文編號：3902232