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【6h】

WC(0001)与Pt/WC(0001)表面催化机理的密度泛函理论研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 碳化钨的结构与性质

1.3 碳化钨催化剂的主要应用

1.3.1 碳化钨催化剂在加氢反应中的应用

1.3.2 碳化钨催化剂在重整反应中的应用

1.3.3 碳化钨催化剂在催化合成气反应中的应用

1.3.4 碳化钨催化剂在肼、醇等分解反应中的应用

1.3.5 碳化钨在电催化中的应用

1.4 燃料电池简介

1.5 本论文研究的内容

第二章 密度泛函理论及相关软件简介

2.1 密度泛函理论

2.1.1 Thomas-Fermi模型

2.1.2 Hohenberg-Kohn定理

2.1.3 Kohn-Sham方程

2.1.4 交换相关泛函

2.2 Dmo13简介

2.2.1 Dmo13的自洽工作原理

2.2.2 Dmo13的主要功能

2.2.3 Dmo13的优势

2.3 平板模型

第三章 H2O在WC(0001)的吸附和分解

3.1 引言

3.2 计算方法和表面模型

3.3 结果与讨论

3.3.1 WC的晶格参数

3.3.2 吸附构型和吸附能

3.3.3 态密度

3.3.4 电荷分析

3.3.5 H2O分子在WC(0001)表面的分解

3.4 本章结论

第四章 Pt/WC(0001)表面H2O的分解与CO的氧化

4.1 引言

4.2 计算方法与表面模型

4.3 结果与讨论

4.3.1 吸附构型和吸附能

4.3.2 电子结构分析

4.3.3 H2O分子在Pt/WC(0001)表面的分解

4.3.4 CO分子在Pt/WC(0001)表面的氧化

4.4 本章结论

第五章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 对未来工作的展望

参考文献

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致谢

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摘要

量子化学理论的不断完善和计算机技术的迅猛发展,使密度泛函理论方法成为了物理、化学、生物等领域中的常规研究手段。本论文利用高性能的计算机,模拟了碳化钨(WC)与铂/碳化钨(Pt/WC)复合催化剂表面的催化性质。本文分为两部分,第一部分研究了H2O分子在WC(0001)表面的吸附和分解反应的反应路径。研究表明,在钨终止的WC(0001)表面,H2O、OH、O和H的最优吸附位分别为top、hcp、hcp和fcc位,在碳终止的表面,所有吸附物均只能在top位稳定吸附;由于形成了较强的C-H共价键,H原子在碳终止的表面更为稳定,而H2O、OH和O均在钨终止的表面更稳定;碳终止表面的H2O脱氢反应活性远强于钨终止的表面,而在该表面H2脱附几乎不可能发生;与Pt(111)、Pd(111)和Ru(0001)表面相比,WC(0001)表面对H2O分子的分解活性要更强,这种特性对燃料电池十分有利。 第二部分在前一部分的基础上构建了Pt/WC(0001)复合表面,并计算了在该复合表面H2O分子分解反应及CO氧化反应的反应路径,并与Pt(111)表面进行对比。计算结果表明,与Pt(111)表面相比,H2O分子在Pt/WC(0001)复合表面的吸附能较高,而CO在Pt/WC(0001)复合表面的吸附能则较低,与TPD实验中CO在Pt/WC表面有更低脱附温度的结果一致;与Pt(111)表面相比,H2O分子在Pt/WC(0001)复合表面的两步脱氢反应能垒略高,而O原子与OH氧化CO反应的能垒更低;使用Pt/WC复合催化剂,不仅能降低了CO的吸附能,而且增强了对CO的氧化能力,从而解释了Pt/WC催化剂具有良好抗CO中毒特性的原因。

著录项

  • 作者

    郑万芳;

  • 作者单位

    浙江工业大学;

  • 授予单位 浙江工业大学;
  • 学科 应用化学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 陈丽涛;
  • 年度 2014
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    表面; 催化机理; 密度泛函;

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