過渡金屬摻雜Al(111)結構表面對H2的催化.pdf

1、長期以來，人們期望通過實驗和理論計算找到儲氫量大、吸收和釋放氫性能好的材料來滿足新能源領域和化工領域的應用需求。研究表明，金屬氫化物(以NaAlH4為代表)在加入過渡金屬(如Ti基催化劑)時，其化學反應中，正向分解釋放氫以及逆向吸收氫的性能都會得到很大的提高。但是，過渡金屬(如Ti)所具有促進和改善NaAlH4加氫、脫氫反應可逆進行的催化作用機制還存在爭議?；诖?，我們將采用基于第一性原理方法的VASP軟件和過渡態(tài)計算方法以及其他輔助的

2、計算軟件來計算模擬過渡金屬摻雜Al(111)表面H2的吸附和分解。通過計算各種摻雜情況下的摻雜結構，形成能，能量勢壘和遷移路徑等，分析摻雜過渡金屬原子對NaAlH4催化加氫效果的影響。我們主要做了以下兩個研究工作：
　　一、研究了1-3個Ti原子摻雜Al(111)結構表面對氫的催化作用。計算了Ti原子以不同摻雜方式形成的摻雜結構的形成能以及對氫催化分解的效果，得到了分子形式吸附的氫在摻雜表面的分解路徑以及分解勢壘，對摻雜原子數(shù)目相

3、同的不同摻雜結構的催化分解效果進行了縱向的比較。計算了氫原子在不同摻雜表面的遷移擴散路徑與擴散勢壘。我們的計算表明，過渡金屬Ti傾向于以分散的形式鑲嵌在Al(111)表面。摻雜表面對氫的催化效果隨摻雜Ti原子數(shù)目的增加而增強，表現(xiàn)為催化H2分解所需要的活化能更低。對于摻雜數(shù)目相同的Ti原子以取代方式構成不同形態(tài)的摻雜表面，摻雜Ti原子相對較為聚攏的結構更能降低氫吸附分解的勢壘，當摻雜的三個Ti原子聚成島狀時，H2的分解勢壘接近于零。受摻

4、雜Ti原子對氫原子的影響，雖然原子形態(tài)的氫在摻雜表面擴散需要克服一定的勢壘，但是其能夠在摻雜表面較好地擴散，實現(xiàn)催化加氫。
　　二、研究了同一周期的過渡金屬元素Sc、V、Fe、Ti、Pt等原子取代Al(111)表面鋁原子形成的合金表面對氫的催化分解的影響。其中Sc、V、Fe、Ti原子摻雜的表面對氫的吸附分解具有催化作用。對應Sc、V、Ti、Fe的摻雜表面，H2催化分解所需要的活化能分別為0.54eV、0.29eV、0.51eV、0