21304.二維材料負載的過渡金屬亞納米結(jié)構(gòu)的第一性原理研究

1、碩士學位論文二維材料負載的過渡金屬亞納米結(jié)構(gòu)的第一性原理研究AFirstprinciplesInvestigationonSubnanometerSizedTransitionMetalStructuresSupportedonTwoDimensionalMaterials學號：212Q22三墨大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要近些年來，隨著納米材料與納米科技的發(fā)展，新型納米

2、材料的可控制備和應用成為當今世界最熱門的研究領域之一。過渡金屬納米顆粒的一個最主要的應用就是用作化學反應的催化劑。過渡金屬的催化活性由其d帶位置決定，因此顆粒表面的配位不飽和原子是反應活性中心，而實驗中觀測到的尺寸效應主要是由顆粒大小不同而暴露的反應中心數(shù)量變化導致。減小納米顆粒的大小，形成高分散、高活性、高選擇性的過渡金屬亞納米結(jié)構(gòu)是目前納米催化研究的前沿。但是粒徑的減小也伴隨著表面能增大，穩(wěn)定性下降。把納米顆粒負載在載體材料上，通過

3、兩者之間的相互作用，不儀能提高納米顆粒的穩(wěn)定性，而且納米顆粒與載體之間還能產(chǎn)生協(xié)同效應，進一步提高催化劑的催化性能。二維層狀材料六方氮化硼和二硫化鉬由于具有大的比表面積可用作過渡金屬亞納米結(jié)構(gòu)的載體。本文通過第一性原理方法，重點研究了單個過渡金屬原子(Cu、Pt)摻雜的六方氮化硼催化CO氧化反應的性能以及負載在單層二硫化鉬上Pt勻Jj米結(jié)構(gòu)的生長規(guī)律，主要內(nèi)容如下：首先，我們利用第一性原理方法研究了Cu摻雜的單層六方氮化硼的電子結(jié)構(gòu)以及

4、CO氧化反應機理。發(fā)現(xiàn)負載的Cu原子更傾向于直接與六方氮化硼上的B空位缺陷作用，這些缺陷位點可以捕獲Cu原子阻止其進一步團聚。Cu原子與B空位缺陷的強相互作用使得Cud軌道向費米能級移動，能更好的活化反應物種，促進反應的進行。Cu摻雜的單層六方氮化硼對CO的催化氧化按照Langmuir—Hinshelwood機理進行：首先CO和02共吸附形成類似過氧化物的中間體，再進一步解離生成C02分子和吸附的0原子；另一分子的CO與吸附的0原子反應

5、生成物理吸附的C02，C02脫附實現(xiàn)活性中心的再生，完成一個催化循環(huán)。反應過程中過氧化物中間體的形成和解離以及催化劑再生的能壘分別為026eV，011eV，003eV，說明Cu摻雜的六方氮化硼是性能優(yōu)秀的CO低溫氧化催化劑。其次，我們還研究了Pt摻雜的單層六方氮化硼的電子結(jié)構(gòu)以及CO氧化反應機理。與Cu摻雜體系不同，引入Pt原子取代六方氮化硼的一個B原子后體系中有1個未配對電子，對催化性能有一定的促進作用。在Pt摻雜體系中，CO和02共