NO、CO和O_2在铜离子分子筛上吸附的理论研究

以Ｃｕ－ＺＳＭ－５离子交换分子筛为例,利用Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ和ＤＦＴ理论,对小分子（ＮＯ,ＣＯ和Ｏ２）在Ｃｕ＋上吸附的空间立体模型进行了优化计算 结果表明,ＣＵ＋与小分子之间形成直线形吸附最为稳定,也存在其他成一定角度的吸附,但是不稳定．计算了吸附过程的势能曲线和温度对吸附的影响,在５００－８００ Ｋ的反应温度下,温度越低吸附越稳定．ＮＯ在 Ｃｕ表面能够形成 Ｃｕ＋（ＮＯ）（ＯＮ）双分子吸附．最后,比较了价态的变化对金属吸附性质的影响．     

La_(2-x)(Sr,Th)_xCuO_(4±λ)系催化剂的表征及对CO+NO反应催化性能的研究

合成了x值不同的La2 -xSrxCuO4±λ( 0 .0≤x≤ 0 .1 )和La2 -xThxCuO4±λ( 0 .0≤x≤ 0 .4)两系列K2 NiF4型复合氧化物催化剂 ,用XRD和IR研究了催化剂的晶体结构 .利用化学分析和XPS等方法测定了该系列含Cu氧化物中Cu离子的平均价态、非化学计量氧 (λ)和催化剂的表面和体相组成 .通过控制B位Cu离子的价态和氧化物的非化学计量氧在一定范围内有规律的变化 ,考察对NO +CO反应的催化性能 ;利用MS TPD法研究了该系列氧化物对NO和CO +NO等小分子的吸附和活化性能 ,在此基础上探讨了含Cu的A2 BO4型复合氧化物对NO +CO反应中的催化作用本质 .发现在低温反应条件下 ,NO分子的活化是控制步骤 ,催化剂的活性与低价离子及其含量有关 .在较高反应温度下 ,NO的吸附为控制步骤 ,催化活性与氧空位有关     

NO双分子在Cu2O(111)面吸附与解离的理论研究

采用广义梯度密度泛函理论结合周期平板模型方法, 在DNP基组下, 研究了NO双分子在三重态和单重态两种电子组态下在Cu2O(111)完整表面的吸附情况. 考虑了Cu+(NO)(NO)、Cu+(NO)(ON)及Cu+(ON)(ON)这三种构型, 计算了它们的吸附能和Mulliken电荷, 分析并预测了吸附后可能产生的物种. 结果表明, 当两个NO分子都以O端吸附在Cu2O(111)表面时即Cu+(ON)(ON)构型, N—N键长很短, 只有124.4 pm, 吸附的两个NO分子形成了二聚体形式, 这种吸附构型有利于进一步离解产生N2或N2O并形成Cu-O表面物种.     

Co-Cu-Al水滑石的合成及对NO+CO反应性能的研究

本文研究了Co-Al水滑石中加入过渡金属(M)离子后对NO+CO反应的活性。结果表明Co-Al上引入Cu离子对NO+CO反应具有较高的催化活性；以Co-Cu-Al水滑石为研究对象，考察了Co和Cu含量的变化对NO+CO反应活性的影响，发现Co-Cu-Al对NO+CO反应存在一个最佳Co和Cu的含量配比；当n_Co∶n_Cu∶n_Al=5∶3∶1时，其催化活性为最佳，在反应温度120 ℃时，NO的转化率达100%；XRD结果表明Co-Cu-Al经450 ℃焙烧2 h后已有少量的尖晶石相形成，随焙烧温度的提高尖晶石相增多，尖晶石相的形成对催化还原NO有明显的影响；NO-TPD-MS结果表明NO吸附在Co-Cu-Al上的热脱附产物经质谱跟踪能检测到NO(m/e=30)、N₂O(m/e=44)、N₂(m/e=28)和O₂(m/e=32)等4种脱附物种，推测低温脱附物种为吸附在弱位上的NO，而高温脱附物种为吸附在强位上的NO，400 ℃焙烧的Co-Cu-Al水滑石上NO的脱附峰温略低于600 ℃焙烧的，NO在Co-Cu-Al表面的解离是NO+CO反应的速控步骤。     

不同Ca/P摩尔比碳羟基磷灰石对Cu2+的吸附特性

利用废弃蛋壳为原料、尿素为添加剂,合成不同Ca/P摩尔比的碳羟基磷灰石(CHAP)用于吸附水中Cu2+,利用红外光谱、扫描电子显微镜、X射线能谱测试技术对CHAP样品表面化学进行了表征,考察了环境因子pH值、温度对CHAP吸附Cu2+的影响. 结果表明,通过改变尿素用量可以增加CHAP的Ca/P,提高其比表面积,Ca/P越高的CHAP,吸附能力越强. Ca/P为1.80的CHAP,在pH=7、温度40 ℃、反应时间为60 min时,其对Cu2+吸附量高达37.66 mg/g. 随着CHAP的Ca/P比增大,CHAP对Cu2+吸附的固相-水相分配系数也增大,对吸附量增大很有利.     

不同Ca/P比碳羟基磷灰石对Cu2+的吸附特性研究

利用废弃蛋壳为原料、尿素为添加剂,合成不同Ca/P比的碳羟基磷灰石(CHAP)用于吸附水中Cu2+,利用红外光谱、扫描电镜、能谱对CHAP样品表面化学进行了表征,考察了环境因子pH值、温度对CHAP吸附Cu2+的影响。结果表明：通过改变尿素用量可以增加CHAP的Ca/P,提高其比表面积,Ca/P越高的CHAP,吸附能力越强。在pH为7、温度40℃、反应时间为60min时, Ca/P为1.80的CHAP,其对Cu2+吸附量高达到37.66mg/g。随着CHAP的Ca/P比增大,CHAP对Cu2+吸附的固相-水分配系数也增大,对吸附量增大很有利。     

HCOO在Cu(110)、Ag(110)和Au(110)表面的吸附

采用密度泛函理论(DFT)以及广义梯度近似方法(GGA)计算了甲酸根(HCOO)在Cu(110)、Ag(110)和Au(110)表面的吸附. 计算结果表明, 短桥位是最稳定的吸附位置, 计算的几何参数与以前的实验和计算结果吻合. 吸附热顺序为Cu(110)(-116 kJ·mol-1)>Ag(110)(-57 kJ·mol-1)>Au(110)(-27 kJ·mol-1), 与实验上甲酸根的分解温度相一致. 电子态密度分析表明, 吸附热顺序可以用吸附分子与金属d-带之间的Pauli 排斥来关联, 即排斥作用越大, 吸附越弱. 另外还从计算的吸附热数据以及实验上HCOO的分解温度估算了反应CO2+1/2H2→HCOO的活化能, 其大小顺序为Au(110)>Ag(110)>Cu(110).     

周期性密度泛函理论研究NO在CuCl(111)表面上的吸附

运用广义梯度密度泛函理论(GGA)的RPBE方法结合周期平板模型,在DNP基组下,研究了NO以N端和O端两种吸附取向在CuCl(111)表面上的吸附.通过对不同吸附位和不同覆盖度下的吸附能和几何构型参数的计算和比较发现:NO吸附在CuCl(111)表面Cu原子上的top位时为稳定的吸附;覆盖度为0.25 mL时吸附比较稳定;NO的N端吸附比O端吸附更有利,N端吸附时为化学吸附,O端吸附时为物理吸附.布居分析结果表明整个吸附体系发生了从Cu原子向NO分子的电荷转移,且O端吸附时电荷转移更多.N端吸附和O端吸附时,N-O键的伸缩振动频率均红移,同时O端吸附时红移更多.     

CO和NO在CuO及Cu2O(110)表面吸附选择规律研究

采用离散变分Xα方法分别计算了CO和NO以C（或N）端顶位吸附在CuO（110）及Cu2O（110）表面上的基态势能曲线,结果表明：CO在Cu2O表面上的吸附强,而在CuO表面上的吸附弱;NO则在CuO表面上吸附强,在Cu2O表面上吸附弱．它们的吸附能的大小顺序为：CuO－NO＞Cu2O－CO＞Cu2O－NO＞CuO－CO．对于CuO－NO（或CO）吸附体系,主要是Cu的3d轨道与吸附分子的2π轨道间的相互作用;对于Cu2O－CO（或NO）吸附体系,则主要是吸附质分子的5σ及2π分子轨道与其顶位Cu1的4s及4p轨道和侧位Cu2的3d轨道相互作用．本文通过吸附势能曲线、态密度分析、成键分析及电荷转移量和方向等方面对实验现象做了合理的解释．     

一氧化氮在Cu_3Pt(111)表面的吸附行为

运用密度泛函理论中广义梯度近似(GGA)的PW91方法,结合周期性平板模型,探讨了NO分子在Cu3Pt(111)表面上不同吸附位的吸附行为.结果表明:NO分子以N端朝下方式吸附在top-Pt以及hcp1和fcc2位(分别为表面Cu2Pt和Cu3簇)的吸附模式最稳定,吸附能分别为101.8、124.5和118.1kJ·mol-1.对于hcp1和fcc2位的吸附,NO中的N原子分别与底物的Cu2Pt和Cu3簇成键.吸附前后的电荷布居、态密度和振动频率的分析结果表明,净电子从底物合金表面转移到NO,N—O键伸长,频率发生红移.合金Cu3Pt和纯贵金属Pt对NO的吸附性质相似.     

γ-Mo2N催化剂上H2及NO吸附性质的TPD-MS研究

采用TPD-MS方法研究了H2及NO在γ-Mo2N上的吸附状况．单独的H2-TPD结果表明,当H2在673K吸附时,在443K、573K及723K得到了三个H2脱附峰,表明γ-Mo2N上有三种不同能量的H2吸附位．NO－TPD结果表明,NO吸附后亦有三个脱附峰（383K、493K、543K）,对应着γ-Mo2N上三种不同能量的NO吸附位：低、中、高能吸附位．NO既可以以解离状态,又可以以一种NO三聚态（dimerordinitrosyl）的形式吸附在γ－Mo2N上,这些吸附物种在脱附过程中产生大量的N2及少量的N2O.对比NO吸附在不同处理条件的γ-Mo2N上的TPD结果可知,NO是吸附在γ-Mo2N上的MO的配位不饱和中心上,这些吸附中心既可通过还原催化剂,又可通过在773K抽空钝化态的γ－Mo2N而产生,H2和NO共吸附的结果表明,预吸附H2再吸附NO后,H2和NO的脱附量均大大减少,且只有两个脱附峰出现.NO只在363K及493K出现两个脱附峰,表明预吸附氢占据了NO的强吸附位,且NO很难取代它,从而使NO只能吸附在能量较低的吸附位上;而H2只在523K及723K出现两个脱附峰,且伴随着H2的脱出有N2和H2O的产生,表明在γ－Mo2N上NO可能与预吸附氢形成了一种复合相MoHx（NO）y,它在脱附时分解为H2、N2及H2O.     

NH3-SCR反应过程中NH3和NOx在Cu/SAPO-34分子筛催化剂上的吸附特性和作用

通过离子交换法制得Cu/SAPO-34菱沸石分子筛催化剂, 同时研究了NH₃和NO_x (NO和NO₂)在该催化剂上的吸附位、吸附强度、吸附量和吸附速率, 得到了不同反应气氛在Cu/SAPO-34 上的吸附性能及其在NH₃选择性催化还原(NH₃-SCR)反应中的作用. 研究采用瞬态实验、程序升温脱附(TPD)和漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等方法进行表征实验. 瞬态实验结果表明NH₃是吸附性气体. 程序升温脱附实验和红外漫反射实验结果表明NH₃可以吸附在布朗斯特和路易斯酸性位上形成不同的NH₃物种, 它们显示不同的SCR活性. NH₃在Cu²⁺上的吸附速率最快, 且键强最强. NO_x可以氧化并以硝酸盐/亚硝酸盐的形式吸附在Cu物种上. 最后, 本文讨论了NH₃选择性催化还原反应过程中在Cu物种上的中间物种并推测反应机理.     

NO双分子和二聚体与Cu2作用的理论计算

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法，在Lanl2DZ基组下，对NO双分子和二聚体与铜原子簇相互作用的结构进行了研究. 结果表明，NO可以在铜表面相邻的两个铜原子上形成稳定的双分子吸附和二聚体吸附，而在双分子吸附形式中NO以氮原子吸附在铜上的构型最稳定，且顶点吸附的稳定性不如非顶点吸附形式.在二聚体吸附形式中， N－N键被加强，而N－O键被削弱的程度大于双分子吸附形式，说明二聚体的形成有利于NO在金属铜表面的直接分解.同时电荷布居分析表明，单重态的二聚体与铜作用时，铜原子上的平均电荷达到0.66 e,说明在这种吸附形式中铜被离子化的倾向较大，而且这种吸附形式最有利于NO的分解.这些结果说明NO经二聚体形式在铜表面直接催化分解是可行的.     

金属修饰Ti_2N MXene吸附分解H_2S的第一性原理计算

通过第一性原理计算研究了Ti_2NO_2 MXene对H_2S的吸附、分解行为. Ti_2NO_2对H_2S气体分子的吸附结果表明,两者之间为弱的物理吸附, Ti_2NO_2无法有效吸附H_2S气体.采用过渡金属(Sc、 V)修饰Ti_2NO_2的研究结果表明,Sc和V可以在Ti_2NO_2表面上稳定存在,不易发生团聚,其最稳定吸附位为N原子上方.进一步研究了Sc、 V修饰的Ti_2NO_2对H_2S气体分子的吸附行为,结果表明金属修饰后其吸附H_2S的能力明显提高.此外还发现, H_2S分子可以在Sc/Ti_2NO_2和V/Ti_2NO_2表面直接解离为HS*和H*,而后HS*中的H原子再与H*进一步结合形成H_2, S原子则与过渡金属成键. HS*在V/Ti_2NO_2表面解离的势垒为1.69 eV,低于在Sc/Ti_2NO_2表面的2.08 eV,表明V/Ti_2NO_2有望成为吸附、分解H_2S气体的理想候选材料.     

SO2对NO催化氧化过程的影响V.NiO/γ-Al2O3上SO2的作用机理

采用程序升温脱附(TPD)及漫反射原位红外光谱(DRIFT)技术分析比较了SO2存 在前后，NO—02反应气体在NiO／γ—Al2O3催化剂上所形成吸附物种的变化情况， 发现SO2能促使硝酸盐物种在低温分解并释放出NO2，而且耐热稳定的硝酸盐物种也 比单纯NO-02吸附时多．室温时催化剂表面上的SO2以弱吸附物种为主，特征红外吸 收峰位于1324cm^-1附近，温度升高后表面硫酸盐物种数量增多．关联SO2气氛中 NO2的生成规律后得出，类似于铅室反应中间体的多分子吸附物种[NO2(SO3)x]是产 生N02的活性物种，由SO2在载体或催化剂表面弱碱位吸附后吸引气相NO所产生，解 离O^-起到稳定活性物种和补充弱碱位的作用．同时该物种也是毒性物质SO4^2-的 前驱体，当KO氧化反应发生后催化剂的失活也开始了．     

H2分子在LaFeO3表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过计算表面能确定La Fe O_3(010)表面为最稳定的吸附表面,研究了H_2分子在La Fe O_3(010)表面的吸附性质。La Fe O_3(010)表面存在La O和Fe O_2两种终止表面,但吸附主要发生在Fe O_2终止表面,由于La Fe O_3(010)表面弛豫的影响,使得凹凸不平的表面层增加了表面原子与H原子的接触面积,表面晶胞的纵向体积增加约2.5%,有利于H原子向晶体内扩散。研究发现,H_2分子在La Fe O_3(010)表面主要存在3种化学吸附方式:第一种吸附发生在O-O桥位,2个H原子分别吸附在2个O原子上,形成2个-OH基,这是最佳吸附位置,此时H原子与表面O原子的作用主要是H1s与O_2p轨道杂化作用的结果,H-O之间为典型的共价键。H_2分子的解离能垒为1.542 e V,说明表面需要一定的热条件,H_2分子才会发生解离吸附;第二种吸附发生在Fe-O桥位,1个H原子吸附在O原子上形成1个-OH基,另一个H原子吸附在Fe原子上形成金属键;第三种吸附发生在O顶位,2个H原子吸附在同一个O原子上,形成H_2O分子,此时H_2O分子与表面形成物理吸附,H_2O分子逃离表面后容易形成氧空位。此外,H_2分子在La Fe O_3(010)表面还可以发生物理吸附。     

H2分子在LaFeO3表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过计算表面能确定LaFeO₃(010)表面为最稳定的吸附表面,研究了H₂分子在LaFeO₃(010)表面的吸附性质。LaFeO₃(010)表面存在LaO和FeO₂两种终止表面,但吸附主要发生在FeO₂终止表面,由于LaFeO₃(010)表面弛豫的影响,使得凹凸不平的表面层增加了表面原子与H原子的接触面积,表面晶胞的纵向体积增加约2.5%,有利于H原子向晶体内扩散。研究发现,H₂分子在LaFeO₃(010)表面主要存在3种化学吸附方式:第一种吸附发生在O-O桥位,2个H原子分别吸附在2个O原子上,形成2个-OH基,这是最佳吸附位置,此时H原子与表面O原子的作用主要是H1s与O2p轨道杂化作用的结果,H-O之间为典型的共价键。H₂分子的解离能垒为1.542 eV,说明表面需要一定的热条件,H₂分子才会发生解离吸附;第二种吸附发生在Fe-O桥位,1个H原子吸附在O原子上形成1个-OH基,另一个H原子吸附在Fe原子上形成金属键;第三种吸附发生在O顶位,2个H原子吸附在同一个O原子上,形成H₂O分子,此时H₂O分子与表面形成物理吸附,H₂O分子逃离表面后容易形成氧空位。此外,H₂分子在LaFeO₃(010)表面还可以发生物理吸附。     

Cu/MgO催化剂上NO-TPO和CO-NO反应性能

采用TPD技术考察了Cu/MgO催化剂表面NO的脱附和分解。载体MgO表面有两类NO吸附中心,为MgO表面碱中心。负载Cu后,由于Cu覆盖了MgO表面碱中心,使Cu/MgO(>1%)催化剂表面只有吸附在Cu上的NO。热脱附过程伴有明显的分解,产物为N~2,N~2O和O~2。CO-NO反应低温有利于N~2O生成,而高温有利于N~2生成,反应活性与NO-TPD峰温有较好的对应关系。NO在催化剂表面解离(NO~a→N~a+O~a)是CO-NO反应的速控步。     

CuO/Ti0.5Zr0.5O2催化剂对NO+CO反应的催化作用

环境治理是当今社会面临的一大主要问题。目前,城市空气污染日趋严重,特别是工厂和汽车排放的大量未燃烧的烃类、CO、NOx是主要的空气污染物。其中,氮氧化物(NOx)排放状况尤其严重,它的排放会给环境和人们生活带来严重危害,因此,如何有效地消除NOx已成为目前环境保护中一个非常