采用(meta)-GGA泛函对Ag(111)、Rh(111)和Ir(111)上乙烯吸附的理论研究

本文针对在多种催化反应的重要中间体乙烯,使用(meta)-GGA等级的包含PBE,BEEF-vdW,SCAN以及SCAN+rVV10在内的多种交换关联泛函,系统研究了在过渡金属表面(Ag,Rh和Ir)上乙烯吸附势能面对泛函的依赖关系. 研究发现,对于乙烯在贵金属Ag(111)上的吸附,除了PBE外,BEEF-vdW,SCAN以及SCAN+rVV10均能预测出物理吸附态的存在. 对于乙烯在Rh(111)面的吸附,SCAN和SCAN+rVV10预测在化学吸附位之前存在有物理吸附前驱态,而基于PBE和BEEF-vdW的势能面并没有发现前驱态的存在. 而对于乙烯在Ir(111)上的吸附,BEEF-vdW也能微弱地预测出化学吸附前驱态的存在. 研究结果表明,无论在哪一种金属表面上,四种泛函中SCAN+rVV10给出的吸附能最强,其次是SCAN,最后是PBE或者BEEF-vdW.     

以PEG为模板剂水热合成高比表面介孔Ce0．5Zr0．51O2固溶体

以PEG-4000为模板剂,采用水热法制备了具有萤石型立方相结构的Ce0.5Zr0.5O2固溶体,考察了共沉淀pH、PEG-4000添加量、水热温度、焙烧温度对样品的物相、比表面积、孔径分布、N2吸附脱附特性等的影响。结果表明：当PEG／（Ce＋zr）（摩尔比）为0．3,共沉淀pH值约为10,120℃下水热反应12h,烧结温度为500℃时,所得产品的比表面积为146．7m^2·g^-1,平均孔径为12．50nm。     

Cu-ZnO催化剂上水活化的第一性原理研究

采用密度泛函理论计算研究了水在Cu-ZnO催化剂表面上不同位点的解离过程. 结果发现, 水在纯Cu密堆积面和台阶面解离能垒都较高; 而在负载的ZnO薄膜上, 由于水解离过程能垒较低并且反应约为热中性, 水将会在表面上部分解离并达到动力学平衡. Cu-ZnO界面被确定为水解离的活性中心. 水解离后产生的H原子和羟基均可以较大吸附能吸附在界面处, 并且界面处的类似台阶结构大大降低了解离能垒, 从而使得水的解离可自发进行. 另外, H原子和羟基在ZnO薄膜表面可以较低的能垒扩散, 因此水解离活性位点可以持续催化后续解离过程. 该结果深化了对水在Cu-ZnO催化剂表面活化过程的认识.     

采用(meta)-GGA泛函对Ag(111)、Rh(111)和Ir(111)上乙烯吸附的理论研究（英文）

本文针对在多种催化反应的重要中间体乙烯,使用(meta)-GGA等级的包含PBE,BEEF-vdW,SCAN以及SCAN+rVV10在内的多种交换关联泛函,系统研究了在过渡金属表面(Ag,Rh和Ir)上乙烯吸附势能面对泛函的依赖关系.研究发现,对于乙烯在贵金属Ag(111)上的吸附,除了PBE外,BEEF-vdW,SCAN以及SCAN+rVV10均能预测出物理吸附态的存在.对于乙烯在Rh(111)面的吸附,SCAN和SCAN+rVV10预测在化学吸附位之前存在有物理吸附前驱态,而基于PBE和BEEF-vdW的势能面并没有发现前驱态的存在.而对于乙烯在Ir(111)上的吸附,BEEF-vdW也能微弱地预测出化学吸附前驱态的存在.研究结果表明,无论在哪一种金属表面上,四种泛函中SCAN+rVV10给出的吸附能最强,其次是SCAN,最后是PBE或者BEEF-vdW.     

以PEG为模板剂水热合成高比表面介孔Ce0.5Zr0.5O2固溶体

以PEG-4000为模板剂,采用水热法制备了具有萤石型立方相结构的Ce0.5Zr0.5O2固溶体,考察了共沉淀pH、PEG-4000添加量、水热温度、焙烧温度对样品的物相、比表面积、孔径分布、N2吸附脱附特性等的影响.结果表明:当PEG/(Ce+Zr)(摩尔比)为0.3,共沉淀pH值约为10,120℃下水热反应12 h,烧结温度为500℃时,所得产品的比表面积为146.7 m2·g-1,平均孔径为12.50 nm.     

Pd掺杂对ZnO(1120)面上水解离的影响

采用密度泛函理论计算研究了清洁的以及Pd掺杂的ZnO(1120)面上水分子的吸附和解离.结果表明,在清洁ZnO(1120)上,水分子倾向于分子吸附,解离吸附较为困难.在Pd掺杂的ZnO上,水分子仍倾向吸附在Zn原子上,且吸附能与其在清洁ZnO表面的相当.然而,Pd的掺杂可增强水解离产物OH和H的吸附,从而显著提高了水的解离活性,相应的水解离能垒为0.36eV,放热0.21eV.     

水系锌离子电池嵌入负极材料TiX2 (X = S,Se)的储锌机制

水系锌离子电池(ZIBs)以其低成本、高安全性和环境友好的优点受到了研究者的广泛关注，成为大规模电化学储能系统的理想选择之一。然而锌金属负极在应用时面临着锌枝晶生长、腐蚀反应和副反应等难以克服的障碍，严重制约了水系锌离子电池的发展。探索可替代锌金属的储锌负极是应对上述问题的有效策略，因此研究者围绕过渡金属氧化物、硫化物和导电聚合物开展了深入研究。以TiX₂ (X = S, Se)为代表的二维过渡金属硫族化合物(TMDs)具有较大的层间距和快速的离子传输通道，可作为锌离子电池的负极，但其储锌反应机制尚未得到完整的揭示。在本文中，我们使用密度泛函理论(DFT)计算方法系统地研究锌离子在TiX₂中的嵌入反应。首先我们采用群论去描述嵌锌TiX₂的稳定层间构型的特点，定义了一个依赖于超胞并且只涉及平移旋转两种对称操作的群，其子群可以用来描述层间构型的对称性，而且用来描述最稳定构型的子群总是倾向于有最大的阶数。基于该计算得到的一系列对应于不同放电深度的TiX₂的稳定结构，我们发现TiS₂和TiSe₂两种材料在锌嵌入/脱出过程中的开路电压(OCV)均低于0.5 V。态密度(DOS)的计算结果表明TiX₂具有很好的电子导电性，而分波态密度(PDOS)的结果显示随着锌的嵌入闭壳层的Ti⁴⁺还原成开壳层的Ti³⁺，并且伴随着Zn―X键的生成。Bader电荷分析的结果表明随着X的嵌入，X相比Ti得到了更多的负电荷，意味着X也参与了TiX₂的氧化还原过程。爬坡弹性带方法(CINEB)计算的结果证实了Zn²⁺在TiX₂中具有较低的扩散能垒(对于TiS₂是0.333 eV，对于TiSe₂是0.338 eV)。本文的研究结果不仅从本质上证明了TiX₂适合作为锌离子电池的嵌锌负极材料，而且为其他高性能TMDs电池材料的DFT研究提供了新的见解。