DFT+U方法研究CeO-,2-x-的基態(tài)性質與儲放氧機理.pdf

1、CeO2用途廣泛，尤其是作為儲氧材料用于機動車尾氣三效催化劑中。其優(yōu)異的性能源于Ce4f軌道的儲放電子能力，然而，受實驗手段限制，無法從原子尺度解釋其儲放氧機理。傳統(tǒng)密度泛函理論(DFT)，用于研究還原CeO2體系時，得到與事實不符的金屬基態(tài)。使用Hubbard模型修正后得到的DFT+U方法，研究還原CeO2體系的基態(tài)性質及儲放氧機理成為近年來的熱點問題。本文以CeO2、Ce2O3、CeO1.875為研究體系，在研究其基態(tài)性質的基礎上，

2、預測儲放氧機理，為進一步研究鈰基材料的儲放氧機理提供方法保障與技術支撐。
　　 通過Hubbard模型，使用基于非線性核校正的超軟贗勢，研究Hubbard模型中U參量對CeO2、Ce2O3體系的基態(tài)性質及反應能量的影響。結果表明：在U=1～5eV時，CeO2的晶格常數變動＜0.04 A，O2p-Ce4f帶隙變動＜0.15 eV；Ce2O3的局域程度、電子結構、磁性質及反應能量隨U值的增加而規(guī)律變化。不存在普適的U值，可以同時描述

3、其基態(tài)性質及反應能量，但從描述CeO2-x的局域性質及儲放氧機理的角度考慮，存在合理的U值范圍：4～5 eV。上述規(guī)律，均為使用Hubbard模型時，U參量作用于其基態(tài)性質所產生的表象特征，其根本原因可用Hubbard U模型的基本理論解釋。
　　 通過Hubbard模型，使用合理的U值，研究非化學計量比的CeO1.875體系。結果表明：排除可能存在的能量偽極小點后，得到能量相對更低的基態(tài)，其原子位置弛豫及電子結構均與文獻符合。