原子簇Ni2Fe2P结构稳定性的理论研究

利用DFT(密度泛函理论)方法在B3LYP/Lan12dz水平下对原子簇模型Ni2Fe2P的二十余种可能构型分别在二、四重态下进行优化计算,分析比较了优化结果的能量、结合能、吉布斯自由能变化和过渡态.结果表明原子簇Ni2Fe2P十种异构体没有虚频,有可能稳定存在于非晶态合金中;其中以具有二重态的构型1的能量最低,结合能、吉布斯自由能变化及过渡态能垒最大,最为稳定;四重态中异构体1',2',3'和4'共存的可能性比较大.     

Ni2Fe2P团簇结构及电子性质的DFT研究

利用DFT(密度泛函理论)方法对原子簇模型Ni2Fe2P的二十余种可能构型分别在二、四重态下进行优化计算，分析比较了优化结果的能量、成键及电荷分布情况。结果表明：原子簇Ni2Fe2P二重态比四重态稳定，二重态时以变形的四方锥构型最稳定，四重态时以变形的三角双锥构型最稳定；无论是二重态，还是四重态，Fe-P间的成键能力均要强于其它键；随着P原子周围成键金属原子的增加．P原子所带正电荷逐渐增加。     

团簇Ni4P催化析氢性能研究

为探究团簇Ni₄P催化析氢最强的结构,基于密度泛函理论,在B3LYP/Lan12dz水平下,对团簇Ni₄P的初始构型进行计算和优化,得到5种优化构型。从热力学稳定性、前线轨道图和前线轨道能级差对团簇Ni₄P的析氢性能分析发现,构型1^（4）和1^（2）的热力学稳定性较强;团簇Ni₄P各优化构型均易吸附水中的氢原子,Ni原子为团簇Ni₄P催化活性位点,且构型1^（4）、1^（2）和2^（4）催化析氢的活性更强。(1^（2）)-H、(2^（2）)-H在电化学脱附法和化学重组法中均具有较强的催化活性。以上说明构型1^（2）是团簇Ni₄P催化析氢最强的结构。     

(NO)2+复合物阳离子的结构和性质研究

用B3LYP/6-311++G**方法对NO二聚体阳离子(NO)2+进行了研究.几何优化并结合振动分析表明,该复合物存在5种可能的稳定构型.能量最低的是N-N相连的反式异构体,具有C2h对称性.分析了各稳定构型的相对稳定性及成键特征.建立了态态相关并给出异构化过渡态,分析了各构型之间转化的途径.     

Ni2P和MoS2催化剂在二苯并噻吩加氢脱硫反应中的氢溢流效应

对分层装填的Ni₂P//MoS₂催化剂上的二苯并噻吩加氢脱硫反应进行了研究。结果表明,分层装填的Ni₂P/Al₂O₃和MoS₂/Al₂O₃催化剂在二苯并噻吩加氢脱硫反应中存在氢溢流效应,氢溢流有助于提高MoS₂催化剂的活性位密度和加氢脱硫反应速率。由于Ni₂P比NiS_x具有更强的氢分子解离能力,Ni₂P//MoS₂催化体系的氢溢流因子略高于NiS_x//MoS₂;相对于NiS_x,Ni₂P对MoS₂催化剂是更好的助剂。     

Ni2P和MoS2催化剂在喹啉加氢脱氮反应中的协同效应

设计实验证明了Ni₂P和MoS₂催化剂在喹啉加氢脱氮反应中存在协同效应,该协同效应能够用氢溢流遥控模型理论解释。Ni₂P//MoS₂的协同因子随反应温度升高而减小,并且略微大于相同反应条件下NiS_x//MoS₂的协同因子。Ni₂P产生的溢流氢能够提高MoS₂催化剂上加氢活性位的数量,促使Ni₂P//MoS₂催化体系增加1,2,3,4-四氢喹啉和5,6,7,8-四氢喹啉加氢生成十氢喹啉的速率,提高其脱氮活性;因此,Ni₂P对MoS₂催化剂是很好的助剂。     

Ni2P负载量对Ni2P/Ce-Al2O3催化剂结构及萘加氢性能的影响

采用程序升温还原法制备了一系列Ni₂P/Ce-Al₂O₃催化剂,考察了制备过程中Ni₂P负载量对催化剂结构及萘加氢饱和性能的影响。结果表明,Ni₂P负载量可调控活性组分Ni₂P与载体Ce-Al₂O₃之间的相互作用,进而调变催化剂的比表面积、Ni₂P粒径及催化剂活性位点数量。当Ni₂P负载量（质量分数）为17%时,催化剂具有较大的比表面积（40 m²/g）、较小的Ni₂P粒径（26.3 nm）和最多的活性位点数量（26.7 μmol/g）;同时,该催化剂萘转化率为95%,十氢萘选择性为76%,且活性稳定性良好,这主要归因于催化剂大的比表面积和高的活性位点数量为反应提供了更多的场所。     

Cu3P辅助诱导Ni2P电荷定向转移和表面重构以获得高效析氧活性

与助催化剂形成异质结,通过调整活性位点的电子结构和电荷输运来提高Ni₂P的电催化活性是一种可行的方法。本文成功构建了一种高效的Cu₃P/Ni₂P异质结催化剂,其中Cu₃P本身仅作为助催化剂,通过调节Ni₂P的电子转移和表面重构来提高电催化活性。结果表明,在10 mA·cm^-2的电流密度下,Cu₃P/Ni₂P具有优异的析氧反应(OER)活性,过电位为213 mV。结合实验结果和理论计算可知,Cu₃P助催化剂可以有效调整Ni中心的电子结构,实现电荷重分布,降低反应能垒,从而显著提高OER催化活性。此外,Cu₃P助催化剂诱导的丰富的晶界和晶格畸变促进了表面重构,形成Ni₅O(OH)₉,为OER提供了有效的活性位点。本工作通过引入助催化剂构建了一种新型异质结电催化剂,为优化过渡金属磷化物的电催化性能提供了一条有效途径。     

Zr改性Ni2P/SBA-15催化剂的制备及其加氢脱氧性能

以正丙醇锆（n）和Zr（SO₄）₂（m）为锆源制备了Zr改性的Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n）和Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m）催化剂,并采用XRD、BET、CO吸附、XPS、NH₃程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征。以苯并呋喃（BF）为模型化合物,研究了催化剂加氢脱氧（HDO）性能。结果表明,Zr改性后,形成了新的层状结构的ZrP;Zr的引入有助于生成更多、更小粒径的Ni₂P活性相,催化剂的酸强度和酸量均提高。与正丙醇锆相比,Zr（SO₄）₂为锆源能够获得比表面积大、酸性强、酸量大的催化剂,得到更多的ZrP相、更小粒径的Ni₂P晶粒,暴露更多的Ni活性位点。Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n）和Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m）的BF HDO产率分别为71.5%和85.9%,较Ni₂P/SBA-15分别提高了14.0%和28.4%。催化剂HDO活性、脱氧产物选择性和产率大小顺序为：Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m） > Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n） > Ni₂P/SBA-15。     

Co诱导双位点协同效应实现高效肼电催化氧化

作为一种重要的能量载体,肼(N₂H₄)具有能量密度高、反应动力学快、常温下呈液态和燃烧无含碳副产物生成等优点,因此,肼电氧化反应(HzOR)成为解决能源危机以及相关环境问题的理想选择之一.与传统的氢和醇基燃料电池相比,直接肼燃料电池(DHFC,N₂H₄/O₂,E_OCP=1.56 V)更适合实际应用.然而,DHFC受到HzOR缓慢动力学的限制,导致较高的过电位和较大的电池电压损耗,因此,距离实现商业化仍有一定差距.此外,N₂H₄辅助水分解系统(HAWS)用于制氢,可以显著降低水分解的电解槽电压,以实现节能制氢.因此,迫切需要开发性能优异的HzOR催化剂和进行深入的理论研究.长期以来,过渡金属磷化物由于具有良好的HzOR催化活性而备受关注,但是其本征活性较低,且对其催化机理研究不够深入.人们希望更好地了解金属磷化物上肼电氧化的电化学反应行为,同时大量研究表明可以通过优化反应动力学来提升催化体系性能.本文通过钴调节Ni₂P电极表面的HzOR,引入双活性位点效应从而优化肼的脱氢动力学.通过简单地在Ni₂P中掺杂Co,(Ni_0.6Co_0.4)₂P电极上仅需113 mV即可驱动50 mA cm^–2,明显低于Ni₂P(174 mV)和Co₂P(180 mV).组装的DHFC对(Ni_0.6Co_0.4)₂P电极的峰功率密度为263.0 mW cm^–2,比Ni₂P(200.8 mW cm^–2)和Pt/C(131.8 mW cm^–2)分别高30%和99.5%,展现出了应用潜力.与此同时,(Ni_0.6Co_0.4)₂P电极耦合Co₂P析氢电极组成肼辅助水分解体系,两电极极化曲线结果表明,此系统驱动10 mA cm^–2的电流密度只需要0.228 V的超低电解槽电压.然而,相同条件下完整水分解体系需要高达1.784 V的电解槽电压来驱动相同的电流密度.可见,HAWS系统用HzOR代替OER制氢具有可行性和实用性实验和理论研究结果表明,Co掺杂可以显著降低N₂H₄在Ni位点上的吸附能,并改变HzOR的决速步骤.对应的(Ni_0.6Co_0.4)₂P电极表面HzOR的塔菲尔斜率为136 mV dec^–1,介于Co₂P电极(216 mV dec^–1)和Ni₂P电极(121 mV dec^–1)之间,并且决速步骤的能垒也显著地降低(0.37 vs.0.75 eV),表明Co的引入显著地调谐了Ni₂P的电子结构,实现了与HzOR更匹配的催化剂设计.与此同时,对反应过程中的活性位点分析表明,Co的引入还可以作为最佳反应配位条件下的中心活性位点,以降低RDS对HzOR的自由能.     

Quantum Chemical Study on Geometry and Property of Cluster Ni_4P

1INTRODUCTION Amorphous alloys attractive to scientists have worked in the field of materials and catalysts since they have many excellent physical and chemical pro-perties,such as high magnetic susceptibility,high specific heat,high strength,ductile in compression,low coefficient of friction,high corrosion resistance,super plasticity within the range,ferromagnetism and super conductivity[1~5].Especially,amorphous alloys as catalytic materials have shown either hig-her activity or selectiv…     

原子簇NixFe和NiFex(x=1-5)电子性质的DFT研究

More than one hundred models were designed to reflect the local structure and electronic property of Ni-Fe amorphous alloys. After calculating by DFF method, a series of configurations of clusters NixFe and NiFex （x = 1 - 5） were gained. The configurations, which possessed the lowest energies and non-imaginary frequencies, were considered the most stable optimized structures. The catalytic activity, charge and magnetic properties were analyzed and discussed. The different Fe content changed the catalytic properties of clusters through altering the value of Fermi level of every cluster. However the density of state （DOS） nearby Fermi level and average 3d orbital population of atom Ni, which were also important properties related to the catalytic activation, were little changed. Based on the Fermi level, the activity of catalyst toward hydrogenation reaction would be considered best when the ratio of Ni to Fe was close to 1. The Fermi level of clusters was far distant to the level of nitrogen in singlet state. It would be the reason why the reaction condition in ammonia synthesis and nitrogen fixation process was rigorous. When Fe atom contents were higher than 75% （NiFe3）, the electrons transferred from atom Fe to Ni, but when the ratio was decreased, the transfer was reversed. The ratio of atoms of local structure also played an important role in the aspect of electron transition. On the average 3d orbital population of atom Fe, the average magnetic moments of Fe atoms in clusters were calculated. When Fe atom contents were 50% nearly, the average magnetic moment achieved the highest point.     

化学镀镍-高磷合金晶化行为的现场XRD研究

从柠檬酸-酒石酸-乳酸-EDTA混合体系中得到含P 12％(质量比)的化学镀高磷Ni-P合金，其差热曲线显示，在350和420 ℃出现两个放热过程.现场XRD分析结果显示，镀层在300 ℃以下保持非晶态结构，在320 ℃之后开始晶化，首先析出介稳的Ni5P2和Ni12P5相，在360 ℃后开始有稳定的Ni3P和Ni相的衍射峰出现， 400 ℃以上只有Ni3P和Ni相. 325 ℃恒温时，镀层在4 min内保持非晶态的衍射特征，随即析出Ni5P2和Ni12P5相, 并在2 h内基本保持不变. 350 ℃恒温时，析出的Ni5P2和Ni12P5介稳相只存在40 min.实验结果表明, DTA曲线上350 ℃的放热峰不仅有非晶相转变为介稳相的过程，也包含部分介稳相转化为稳定相的过程.     

Ni-P非晶态合金中电子转移问题的DFT研究

根据Ni-P非晶态合金结构的短程有序、Ni和P之间具较强化学作用和结构中不存在P-P直接相连的实验事实,选择了Ni~nP(n=1-6)原子簇模型,用密度泛函理论方法对其进行计算。结果表明,在模型体系中,随着P含量的减少,电子转移方向发生变化,P原子由得电子变为失电子。这与Ni-P非晶态合金的实验结果一致,说明Ni~nP(n=1-6)原子簇模型能反映Ni-P非晶态合金的结构特点。     

电沉积条件对非晶态Fe-Mo合金结构及表面性质的影响

利用XRD、SEM和XPS等手段研究了电解液中x(Mo)(Mo在Mo+Fe中的摩尔分数)、电流密度及温度变化对电沉积非晶态Fe-Mo合金的结构和表面性质的影响.溶液中主要含有FeSO₄、Na₂MoO₄、H₃Cit和NaCl,pH值3～5.当x(Mo)大于50%,电流密度高于25mA/cm²,温度低于40℃时有利于形成非晶态结构.合金沉积层的表面呈颗粒状且有微裂纹,表面的化学性质很活泼,容易形成含低价Mo的有色氧化物表面膜.非晶Fe-Mo合金沉积层在3%NaCl溶液中的耐蚀性优于纯铁.     

CO2在金属表面活化的UBI-QEP方法研究

应用UBI-QEP方法估算了金属表面上形成的活化吸附态CO₂^-在Cu(111),Pd(111),Fe(111)和Ni(111)表面上的吸附热,计算了各种相关反应的活化能垒.结果表明,CO₂^-在4种过渡金属表面的相对稳定性的顺序为Fe>Ni>Cu>Pd;在Fe和Ni表面上CO₂^-较易生成,且容易进一步发生解离反应,在Fe表面会解离成C和O吸附原子,而在Ni表面上解离的最终产物为CO和O;在Cu表面上,CO₂^-虽较难形成,但其加氢反应的活化能比解离反应低,因此加氢反应是其进一步活化的有效模式;在Pd表面上,CO₂^-吸附态在能量上很不稳定,所以CO₂在Pd表面上不容易活化.     

Single- and double-linkage isomerism in a six-coordinate iron porphyrin containing nitrosyl and nitro ligands

Density Functional theoretical calculations confirm the experimental observation that the low-temperature photolysis of (TPP)Fe(NO)(NO2) (as a KBr pellet) results in the generation of linkage isomers involving the axial NO and NO2 groups and suggest the possible formation of the double linkage isomer (TPP)Fe(ON)(ONO). The energy difference between the ground state (porphine)Fe(NO)(NO2) and the double-linkage isomer (porphine)Fe(ON)(ONO) is 1.57 eV, which is comparable to the 1.59 eV calculated previously for the nitrosyl-to-isonitrosyl linkage isomerism in the five-coordinate (porphine)Fe(NO) analogue.     

MRCI investigation of different isomers of Ni2O2H2(+)

The geometrical and electronic structures of different isomers of Ni(2)O(2)H(2)(+) are investigated by multireference configuration interaction (MRCI) calculations using natural atomic orbital basis sets. The lowest-lying isomer, Ni(2)(OH)(2)(+), has a rhombic shape with two OH groups bridging the Ni atoms. The next isomer in energetic order with a relative energy of 0.29 eV consists of a linear NiONi(OH(2))(+) chain. Other structures with a rhombic shape, (NiH)(2)O(2)(+), with H bound to the Ni atoms have considerably higher energies, above 4 eV. Especially the low-lying isomers are characterised by a large number of low-lying electronic terms. The product Ni(2)O(2)H(2)(+) of the reaction of Ni(2)O(2)(+) with small alkanes is likely to have the rhombic Ni(2)(OH)(2)(+) structure. The reaction energy of the reaction Ni(2)O(2)(+) + H(2)→ Ni(2)(OH)(2)(+) is estimated to be about -3.5 eV.