双金属合金团簇M12Ni(M=Pt,Sn,Cu)催化甲烷干法重整反应的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了M₁₂Ni(M=Pt, Sn, Cu) 3种双金属合金团簇的电子活性和结构稳定性, 并探讨了甲烷干法重整反应(DRM)在M₁₂Ni双金属团簇表面的反应能量变化情况. 经比较发现甲烷脱氢和二氧化碳活化过程在Pt₁₂Ni团簇表面进行需克服的活化能垒最低, 反应最易进行. Sn₁₂Ni团簇上生成碳需要较高的活化能, 说明Sn₁₂Ni团簇能够有效抑制焦碳的生成, 一定程度上克服了碳沉积导致的催化剂失活现象, 并且Sn₁₂Ni团簇在C ^*和CH ^*氧化过程中表现出最佳的催化活性. Cu₁₂Ni团簇仅在甲烷脱氢过程中表现出较为优异的催化活性.     

金基二元合金团簇Au_(12)M(M=Cu,Pt,Ni)催化水煤气变换反应的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)对Au12M(M=Cu,Pt,Ni)3种合金团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性进行研究,并对金基二元合金团簇催化水煤气变换反应(WGSR)的反应机理进行探讨.研究发现,Au12Ni合金团簇的稳定性及电子活性最优.考察了WGSR在金基二元合金团簇上的氧化还原机理和羧基机理,表明Au12Cu合金团簇上WGSR按照氧化还原机理A进行,水解离后产生的OH*会继续解离为O*和H*(*代表吸附物质);Au12Pt及Au12Ni合金团簇上按照氧化还原机理B进行,2个OH*发生歧化反应.比较3种团簇上的最佳反应路径发现,Au12Cu团簇对WGSR表现出较好的催化活性.     

Pt (111)面和Pt14团簇上肉桂醛吸附及选择性加氢机理研究

利用密度泛函理论研究了Pt（111）面及Pt₁₄团簇对肉桂醛（CAL）的吸附作用和不完全加氢的反应机理。分析吸附能结果表明,肉桂醛分子以C=O与C=C键协同吸附在Pt（111）面上的六角密积（Hcp）位最稳定,以C=C键吸附在Pt₁₄团簇上最稳定,且在Pt₁₄团簇上的吸附作用较Pt（111）面更强。由过渡态搜索并计算得到的反应能垒及反应热可知,肉桂醛在Pt（111）面和Pt₁₄团簇上均较容易对C=O键加氢得到肉桂醇（COL）。其中,优先加氢O原子为最佳反应路径,即Pt无论是平板还是团簇对肉桂醛加氢均有较好的选择性。同时发现,肉桂醛分子在Pt（111）面的加氢反应能垒较Pt₁₄团簇上更低,即Pt的催化活性及对肉桂醛加氢产物选择性与其结构密切相关,其中,Pt（111）面对生成肉桂醇更加有利。     

Adsorption and Decarbonylation Reaction of Furfural on the Pd(111) and M/Pd(111)(M=Ni,Cu and Ru) Surfaces

By performing with density functional theory(DFT) method, the detailed adsorption process and the catalytic decarbonylation mechanisms of furfural over Pd(111) and M/Pd(111)(M = Ni, Cu, Ru) surfaces toward furan were clarified. The results of atomic size factor, formation energy and d-band center showed that Ru/Pd(111) surface was the most stable and active. The adsorption energies of furfural on the different surfaces followed the order Ru/Pd(111) Cu/Pd(111) Pd(111) Ni/Pd(111). After analyzing Mulliken atomic charge population and the deformation density, we can find that on Ru/Pd(111) surface, the number of charge transfer was the most and the interaction was the strongest. Therefore, its adsorption energy was the highest. Furthermore, the furfural decarbonylation pathway is more kinetically feasible on bimetallic surface, and the reaction is the most likely to occur on Ru/Pd(111).     

Cu-Pt-Au三元合金催化水煤气变换反应的密度泛函研究

利用密度泛函理论（DFT）研究了不同掺杂量的Cu-Pt-Au催化剂性质及水煤气变换反应（WGSR）在催化剂表面上的反应机理。首先对Cu-Au和Pt-Au二元催化剂的稳定性和电子活性进行研究,发现Pt-Au催化剂的协同效应较优,稳定性更优,结合能为77.15 eV,d带中心为-3.18 eV。当将Cu继续掺杂到Pt-Au合金中构成Cu-Pt-Au三元催化剂时,Cu₃-Pt₃-Au（111）结合能为77.99 eV,且d带中心为-3.05 eV,表明其具有较优的稳定性和电子活性。探讨了WGSR在Cu₃-Pt₃-Au（111）上的反应历程,氧化还原机理因CO氧化的能垒达到4.84 eV而不易进行。CHO和COOH两个中间体为竞争关系,且形成CHO中间物时的能垒较小,因此,反应相对容易按照甲酸机理进行。     

α,β-不饱和醛在Ni-Pt(111)面上吸附的理论研究

利用密度泛函理论研究了巴豆醛和肉桂醛分子在Pt-Ni-Pt(111)面的吸附构型以及相关电子性质. 吸附构型与吸附能结果表明, 巴豆醛和肉桂醛在覆盖度为1/25 ML的条件下, 以C=C和C=O双键协同吸附在Pt-Ni-Pt(111)面较为稳定, 且肉桂醛与Pt-Ni-Pt(111)面的吸附能远大于巴豆醛. 由Mulliken电荷布局和差分电荷密度可知, 在吸附过程中肉桂醛分子向Pt-Ni-Pt(111)面上转移的电荷数较巴豆醛更多, 相互作用更大. 由电子态密度分析结果可知, 不饱和醛与Pt-Ni-Pt(111)面的吸附作用主要是由于分子的p轨道电子与催化剂d轨道电子之间的相互作用. 由于苯基的存在使肉桂醛分子在Pt-Ni-Pt(111)面上的吸附更强, 且平行于催化剂表面.