Al_nPt团簇及Al_(12)X(X=Ni,Pd,Pt,Ti,Zr)团簇对CO催化氧化机理的研究

【摘要】随着单一团簇的深入研究，近几年混合团簇已成为人们研究的热点，由纳米尺寸团簇构成的纳米材料在力学性质、磁学性质、催化性质和热学性质等方面具有良好的特性。在化学工业中，过渡金属合金材料已成为最重要的催化剂，而在各种金属合金中，铂合金由于其功函数较大，化学性质非常稳定，电性能良好而具有广泛的应用前景。大量文献研究了铂元素和其它金属元素掺杂形成的合金材料。本章我们采用密度泛函理论中的B3LYP方法主要研究AlnPt(n=1-15)团簇的几何结构和稳定性。对于n<13,AlnPt团簇的结构是Pt原子取代Aln+1团簇的表面Al原子。当n=13时，Pt原子完全替代了Aln团簇的内部的Al原子，当n>13时，Pt原子替代了Aln+1团簇内部的Al原子形成了内部是Pt原子外部被Al原子包围的几何构型。我们还发现，掺杂的铂原子引起局部结构扭曲，主要原因可能是由于原子半径的不同和成键特征的不同。最后通过计算团簇的平均结合能，二阶能量差分，解离能，吸附能，电子亲合能，垂直电离势等相关参数得到AlnPt团簇在n=2，7，11时最稳定。由于近代工业的快速发展，CO有毒气体的排放也逐渐增多，这就迫切需要研发出对CO气体有催化氧化的新型催化剂，近些年来，纳米粒子催化剂由于其独特的性质受到越来越多的关注，本文我们研究了低成本高活性纳米催化剂Al12X(X=Ni,Pd,Pt,Ti,Zr)对CO的催化氧化。在Gaussian03软件包下，采用密度泛函理论中的PBE方法，Al原子、C原子和O原子采用6-31g*基组，Ni,Pd,Pt,Ti,Zr原子采用LANL2DZ赝势基组，设计和研究了过渡金属原子掺杂Al13团簇的结构、CO分子和O2分子在Al12X(X=Ni,Pd,Pt,Ti,Zr)团簇上的吸附以及CO的催化氧化过程。我们设计了两种反应过程：第一种是双分子（一分子CO和一分子O2）的LH反应历程，第二种是三分子（两分子的CO和一分子的O2）的LH反应历程。双分子LH反应历程经过两步反应：CO+O2→CO2+O和CO+O→CO2,三分子LH反应历程中最重要的一步是OCOO中间体中O-O键的断裂，通过计算发现三分子反应的能垒要比双分子反应的能垒要低，可能的原因是由于邻位CO分子对O-O键的断裂有一定的影响。通过比较我们得出Al12X(X=Ti,Zr)团簇对CO的催化氧化更有效。
【作者】张晓；
【导师】郭玲；
【作者基本信息】山西师范大学，化学，2014，硕士
【关键词】双金属团簇；密度泛函；CO氧化；

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