水分子在HZSM-5沸石原子簇上吸附的密度泛函研究

运用基于广义梯度密度泛函理论的BLYP方法研究了水分子在HZSM-5沸石原子簇不同孔道中的吸附前后的结构.结果表明水分子与HZSM-5沸石原子簇相互作用时,电子由水分子向沸石骨架转移.一个水分子吸附于HZSM-5的直孔道、扭曲孔道和交叉孔道Br(o)nsted酸位上时,均形成较稳定的中性络合物的结构,但是在不同沸石孑L道的吸附热不一样,大小顺序分别为交叉孔道＞直孔道＞扭曲孔道.当有两个水分子被吸附时,不同沸石孔道Br(o)nsted酸位上中性络合物的结构与离子性络合物的结构均有存在.     

CO吸附在Rh(111)表面上的结构和振动频率的理论研究

采用密度泛函-广义梯度近似(DFT-GGA)方法对CO吸附在Rh(111)表面上的结构和振动特征进行了研究, 获得了吸附结构, 吸附能和振动频率. 计算结果表明, 在低覆盖度下最稳定的吸附位置为顶(top)位置, 而在高覆盖度下, 一个CO分子占据top位置, 另外两个分子占据凹陷(hollow)位置. 振动分析表明, C-O伸缩振动频率随着覆盖度的增加而增大. 计算的吸附结构和振动频率都与实验结果吻合较好.     

氢气在A和X型沸石上超临界吸附的格子密度函数模型

采用基于三维Ono-Kondo方程的格子密度函数理论(LDFT)模型模拟了氢气在A和X型微孔沸石上的超临界吸附等温线. 根据沸石孔的尺寸和形状, LDFT模型将氢分子在孔中的吸附位分布近似为简单立方、面心立方和体心立方的团簇结构. 模拟结果表明, LDFT模型可有效地用于描述氢气在A和X型沸石上的单层或多层超临界吸附行为. 模拟所得的吸附等温线与实验测定结果吻合. 特别是, LDFT模型中的氢-沸石作用势能参数的准确性得到了Lennard-Jones(12-6)势能方法的有效验证. 因此, LDFT模型被用于预测了更宽温度和压力范围内氢气在X沸石上的超临界吸附.     

氢气在碳纳米管内吸附的密度泛函理论研究

本文应用密度泛函理论研究纯流体氢气在单壁碳纳米管内吸附过程,采用硬球状态方程改进的基本测量理论表征硬球的斥力作用,离子吸引项的贡献则用微扰理论描述.在温度为300k,氢气本体对比密度范围为0.2～0.7条件下,计算了三种不同尺寸的碳纳米管氢气吸附的密度分布,其密度泛函计算结果与计算机分子模拟数据完全一致.     

用GGA泛函方法研究苯分子在石墨(001)表面的吸附

采用GGA近似的PW91泛函,在周期性边界条件下,使用平面波基组和超软赝势,研究了一系列的苯分子在石墨表面的吸附构型.我们发现苯分子之间的相互作用对苯在石墨表面的吸附能有较大影响,平行和垂直吸附构型分别在3×4和2×4超元胞中得到最大的吸附能.由于垂直吸附的苯分子之间相互作用较强,因此在较大的覆盖度下,苯分子将倾向于垂直吸附在石墨的表面.     

应用吸附势理论研究氢在沸石上的超临界吸附

针对吸附势理论描述气体超临界吸附所面临的问题, 采用经验方法求取了临界温度以上且较宽的压力范围内氢在微孔沸石上吸附的虚拟饱和蒸汽压和该吸附体系的亲合势系数茁i,j, 并通过对ln(W/W0)与(着i,j/茁i,j) (W,W0分别为吸附相体积及吸附剂的饱和吸附容量, 着i,j为吸附势)的相关性分析得到了一般吸附函数的表达式. 研究结果表明, 茁i,j与吸附热qi,j具有线性关系, 因此可将吸附热作为一般吸附函数的参数应用于吸附势理论的研究. 利用一般吸附函数对本实验条件下的吸附数据的拟合分析证实该函数可较好地表述氢在微孔沸石上的超临界吸附.     

第一性原理模拟氢气分子在氧化硅团簇上的吸附

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似(GGA)分析了H2分子吸附在氧化硅团簇上的几何结构、电子性质以及吸附能.结果发现:H2分子与Si3O4团簇相互作用时,H2分子被分解,游离的H原子优先吸附在末端Si原子上,表明Si3O4团簇体系对氢气的存储主要依赖于末端存在悬挂键的Si原子,接着H2分子才以分子的形式以较小吸附能吸附在Si3O4H4团簇上.氢气分子主要引起与其邻近的原子电荷的重新分布.该团簇体系的红外、拉曼光谱图有效地鉴定了H2分子的吸附状态,为理论上确定团簇的稳定结构和实验上对观测结果的分析提供有力的途径.     

NOx分子在【Ag】-AlMOR分子筛中的吸附

采用Dmol3程序中密度泛函理论（DFT）的广义梯度方法GGA／BLYP和DND基组研究了银离子交换的丝光沸石（[Ag]-AlMOR）结构及其对NOx分子吸附性能的影响,获得吸附复合物的平衡几何结构参数、吸附能以及红外振动频率等数据．结果表明,NOx分子与丝光沸石间的主要作用力为NOx分子中的氮（或氧）原子上的孤对电子和Ag^＋间的静电作用力．吸附能数据表明,NOx分子以η^1-N模式吸附在[Ag]-AlMOR分子筛中的结构更稳定;在η^1-N模式中,NOx分子吸附作用强度的次序为NO〉NO2〉N2O．红外振动频率结果表明,吸附态NOx分子中N—O和N—N键伸缩振动频率的位移趋势与N-O和N—N键变化规律基本相一致．另外,对[Ag]-AlMOR分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能也进行了研究和分析．     

N0x分子在[Ag]-AlMOR分子筛中的吸附

采用Dmol3程序中密度泛函理论(DFT)的广义梯度方法GGA/BLYP和DND基组研究了银离子交换的丝光沸石([AgJ-AIMOR)结构及其对NOx分子吸附性能的影响,获得吸附复合物的平衡儿何结构参数、吸附能以及红外振动频率等数据.结果表明,NO,分子与丝光沸石间的主要作用力为NOx分子中的氮(或氧)原子上的孤对电子和Ag+间的静电作用力.吸附能数据表明,NOx分子以η1-N模式吸附在[Agl-AIMOR 分子筛中的结构更稳定;在η1-N 模式中,NOx分子吸附作用强度的次序为 NO>N02>N2O.红外振动频率结果表明,吸附态NOx分子中 N-O 和N-N 键伸缩振动频率的位移趋势与 N-O 和 N-N 键变化规律基本相一致.另外,对 [Ag]-A1MOR分子筛的抗硫、抗水及抗氧化性能也进行了研究和分析.     

氢在沸石上的吸附行为

应用基于Ono-Kondo格子理论得到的通用吸附等温方程, 通过分析氢在不同温度下, 在沸石NaX、CaA、NaA和ZSM-5上的吸附数据, 确定了氢的最大单层吸附容量. 并引入维里吸附方程, 由第二维里吸附系数和圆柱孔的Lennard-Jones(12-6)势模型计算了氢与沸石微孔壁面的作用势. 结果表明, 通用吸附等温方程可较好地描述氢在沸石上的超临界吸附行为, 拟合所得的氢在沸石上的最大单层吸附容量与吸附剂相关, 而与吸附温度无关. 圆柱孔作用势模型计算所得的氢分子在沸石上的吸附作用势与吸附热相近. 氢分子间的作用力表现为吸引力.     

氢原子在Be(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

采用第一性原理的密度泛函理论研究单个氢原子和多个氢原子在Be(0001)表面吸附性质.给出了氢吸附Be(0001)薄膜表面的原子结构、吸附能、饱和度、功函数、偶极修正等特性参数.同时也讨论了相关吸附性质与氢原子覆盖度(0.06-1.33ML)的关系.计算结果表明:氢原子的吸附位置与覆盖度之间有强烈的依赖关系,覆盖度低于0.67ML时,氢原子能量上易于占据fcc或hcp的中空位置;覆盖度为0.78ML时,中空位与桥位为氢原子的最佳吸附位;覆盖度在0.89到1.00ML时,桥位是氢原子吸附能量最有利的位置;以上覆盖度中Be(0001)表面最外层铍原子的结构均没有发生明显变化.当覆盖度为1.11-1.33ML,高覆盖度下Be(0001)表面的最外层铍原子部分发生膨胀,近邻氢原子渗入到铍表面次层,氢原子易于占据在hcp和桥位.吸附结构中的氢原子比氢分子中的原子稳定.当覆盖度大1.33ML时,计算结果没有发现相对于氢分子更稳定的吸氢结构.同时从分析偶极修正和氢原子吸附垂直高度随覆盖度的变化关系判断氢覆盖度为1.33ML时,在Be(0001)表面吸附达到饱和.     

同晶置换改性FAU分子筛结构及吸附性能的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,考察了八面沸石(FAU)型分子筛β笼孔道结构内含氧化合物(甲醇、二甲醚、丙醛)的吸附,并进一步计算研究了Zn,Ca同晶置换改性的作用机理.研究结果表明,β笼孔道结构内,Al原子为甲醇、二甲醚和丙醛的吸附活性位,Si原子无吸附活性.Zn,Ca掺杂的β笼结构内,正2价的Zn和Ca掺杂替换正3价的Al,导致邻近的Si原子位置形成缺电子空穴,增强了甲醇、二甲醚和丙醛的吸附,而杂原子Zn和Ca本身并没有吸附活性.     

硼取代后氨化处理的分子筛碱性的理论研究

利用笼状的分子筛模型, 在B3LYP/6-311++G(d,p)水平下通过对分子筛中各种碱性基团的碱性进行对比来预测硼取代后氨化处理的分子筛的碱性. 结果表明, B-NH2基团本身碱性不强, 但与质子或路易斯酸作用时, B-NH2基团与周围的Si-OH基团共同参与作用并导致碱性增强. 另外, 分子筛中含有的Si-NH2基团也可与周围的B-OH共同作用, 产生强碱性. 因此, 硼取代后氨化处理的分子筛是一种优良的碱性材料.     

正二十面体Au13和Pt13团簇上肉桂醛的吸附

运用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论的Perdew-Burke-Ernzerh (PBE)方法, 研究了肉桂醛在正二十面体Au₁₃和Pt₁₃团簇上的吸附行为. 通过分析不同吸附模式的吸附能和几何构型发现: 同一金属团簇, 顺式肉桂醛的吸附能强于反式肉桂醛的吸附能. 对于Au₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝C和C＝O共吸附模型; 对于Pt₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝O吸附. 比较二者发现, 肉桂醛在Pt₁₃团簇的吸附能力强于Au₁₃团簇.分析Au₁₃和Pt₁₃团簇上肉桂醛最稳定吸附构型的电子结构表明, 电子由肉桂醛原子的2s、2p轨道向金属表面转移, 同时金属部分电子反馈到肉桂醛的反键轨道, 最终肉桂醛稳定吸附于金属团簇. 此外, 肉桂醛在团簇模型上的吸附能大于其在平板模型上的吸附能.     

O与O2在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的Dmol³程序系统研究了O原子与O₂在 Au₁₉与Au₂₀团簇上的吸附反应行为. 结果表明: O在Au₁₉团簇顶端洞位上的吸附较Au₂₀强; 在侧桥位吸附强度相近. O与O₂在带负电Au团簇上吸附较强, 在正电团簇吸附较弱. 从O―O键长看, 当金团簇带负电时, O―O键长较长, 中性团簇次之, 正电团簇中O―O键长较短, 因而O₂活化程度依次减弱. 电荷布居分析表明, Au团簇带负电时, O与O₂得电子数较中性团簇多, 而团簇带正电时, 得电子数较少. 差分电荷密度(CDD)表明, O₂与Au团簇作用时, 金团簇失电子, O₂的π^*轨道得电子, 使O―O键活化. O₂在Au₁₉^-团簇上解离反应活化能为1.33 eV, 较中性团簇低0.53 eV; 而在Au₁₉⁺上活化能为2.27 eV, 较中性团簇高0.41 eV, 这与O₂在不同电性Au₁₉团簇O―O键活化规律相一致.     

沸石桥羟基和硅羟基与噻吩相互作用的理论研究

采用密度泛函理论和模型簇法研究了噻吩和沸石分子筛桥羟基和硅羟基的相互作用.对噻吩吸附在硅羟基H3SiOH可能的两种配位方式及吸附在沸石模型簇H3Si(OH)Al(OH)2OSiH3桥羟基B酸上可能的两种配位方式进行了比较分析.所有模型簇采用B3LYP混合方法对氢原子在6-31G基组水平上,对硅原子、铝原子、氧原子、碳原子、硫原子在6-31 G(d)基组水平上进行了全优化和频率分析.着重考察了噻吩与硅羟基及分子筛桥羟基模型簇不同配位方式所形成的配合物的结构及能量变化.计算结果表明由于在形成沸石-噻吩和硅羟基-噻吩配合物的结构和性质变化不明显,所以它们之间的相互作用为范德华作用力.从噻吩在沸石分子筛的桥羟基和硅羟基与噻吩的相互作用的吸附热可以推断,噻吩优先吸附在桥羟基上,只有桥羟基吸附饱和后方吸附在硅羟基上.由频率分析结果和实验结果的一致性可以证明所推测吸附模型的正确性.     

氢原子在Pt及Pt系双金属催化表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(dFT)考察了Pt(100)、(110)、(111)三种表面氢原子的吸附行为, 计算了覆盖度为0.25 ML时氢原子在Pt 三种表面和M-Pt(111)双金属(M=Al, Fe, Co, Ni, Cu, Pd)上的最稳定吸附位、表面能以及吸附前后金属表面原子层间弛豫情况. 分析了氢原子在不同双金属表面吸附前后的局域态密度变化以及双金属表面d 带中心偏离费米能级的程度并与氢吸附能进行了关联. 计算结果表明, 在Pt(100), Pt(110)和Pt(111)表面, 氢原子的稳定吸附位分别为桥位、短桥位和fcc 穴位. 三种表面中以Pt(111)的表面能最低, 结构最稳定. 氢原子在不同M-Pt(111)双金属表面上的最稳定吸附位均为fcc 穴位, 其中在Ni-Pt 双金属表面的吸附能最低, Co-Pt 次之. 表明氢原子在Ni-Pt 和Co-Pt 双金属表面的吸附最稳定. 通过对氢原子在M-Pt(111)双金属表面吸附前后的局域态密度变化的分析, 验证了氢原子吸附能计算结果的准确性. 掺杂金属Ni、Co、Fe 的3d-Pt(111)双金属表面在吸附氢原子后发生弛豫, 第一层和第二层金属原子均不同程度地向外膨胀. 此外, 3d金属的掺入使得其对应的M-Pt(111)双金属表面d带中心与Pt 相比更靠近费米能级, 吸附氢原子能力增强, 表明3d-Pt系双金属表面有可能比Pt具有更好的脱氢活性.     

氢和硫原子在Pd、Au和Cu及PdAu、PdCu合金(111)表面吸附的密度泛函研究

用密度泛函理论研究了氢和硫原子在金属Pd、Au、Cu以及合金PdM3、Pd2M2 和Pd3M(111)表面的吸附(M=Au, Cu), 得到了覆盖率为0.25时最稳定的吸附位、结合能以及吸附前后表面的驰豫情况. 结果表明, 氢和硫均与Pd形成最稳定的吸附, Cu次之, Au的吸附最弱, 其在三种纯金属(111)表面的最稳定吸附位均为fcc位. 由于PdAu合金具有较大的晶格常数, Pd3Au 合金吸附氢的结合能甚至较纯Pd更大, 除此之外, 氢和硫在PdM合金表面的吸附基本随M组分的增加而减弱, 而最稳定的吸附位随金属种类和组成变化而变化. 根据计算得到的吸附结合能, 发现与PdCu合金相比, PdAu合金在Au含量较低(约25%, 摩尔分数)时, 氢和硫吸附的结合能下降较慢, 而Au含量较高(跃50%)时, 结合能迅速下降, 这表明含金量为25%-50%的PdAu合金有可能在保持相近透氢性能的同时, 比PdCu合金具有更好的抗硫毒性.