利用納米合金中低配位原子活性設(shè)計(jì)高效水催化劑的第一性原理研究.pdf

1、本文采用第一性原理計(jì)算方法詳細(xì)研究了Run(n=1-14)，PtRun-1(n=2-14)，H2O-Run(n=1-14)和H2O-PtRun-1(n=2-14)體系的幾何構(gòu)型和電子性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果表明：單個(gè)鉑原子的摻雜使電荷由鉑原子向釕原子轉(zhuǎn)移，合金團(tuán)簇的磁矩以及平均鍵長比同尺寸的純釕團(tuán)簇大。水分子與合金團(tuán)簇的吸附能隨原子數(shù)目的增加表現(xiàn)出振蕩現(xiàn)象，鉑釕合金團(tuán)簇與水的相互作用說明水分子容易吸附在具有低配位數(shù)的釕原子上，電荷明顯的由水分子向

2、合金團(tuán)簇(特別是鉑原子)轉(zhuǎn)移。催化分解水的關(guān)鍵一步是催化劑與水產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，如果相互作用較弱，則在水分子中O-H鍵被外界能量斷開之前，水分子就以分子形式脫離催化劑，從而起不到催化分解水的作用。本文研究的鉑釕合金團(tuán)簇與水分子的吸附能比同尺寸的純釕團(tuán)簇與水分子的吸附能大，也比文獻(xiàn)中水在金屬表面的吸附能大很多。說明在進(jìn)行催化分解水時(shí)，相比純釕團(tuán)簇，水分子不容易從鉑釕合金團(tuán)簇脫附，鉑釕合金更有利做分解水制取氫氣的催化劑。我們進(jìn)一步研究了H

3、2O分子在RhRun-1/PdRun-1/AuRun-1(n=2-14)體系的吸附行為，發(fā)現(xiàn)水在這些合金團(tuán)簇上最大的吸附都大于水分子在純釕團(tuán)簇上的最大吸附能，但是都小于水在PtRu6團(tuán)簇上的吸附能。我們分別找到了水分子在 Ru8以及水分子在PtRu7團(tuán)簇上的分解路徑以及分解勢壘，發(fā)現(xiàn)：水分子在Ru8上的分解勢壘小于其吸附能，有分解的可能性，而在PtRu7上的分解勢壘大于其吸附能，分解有難度。鑒于合金團(tuán)簇與水分子的結(jié)合能整體上大于純釕團(tuán)簇