S在Pt皮肤Pt_3Ni(111)面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算并分析了S原子在Pt皮肤Pt3Ni(111)面不同位置的吸附特性.结果表明:S原子在Pt皮肤Pt3Ni的fcc位吸附最强,吸附能为5.49eV;与S原子在纯净的Pt(111)表面吸附相比较,S原子在Pt皮肤Pt3Ni(111)面相应吸附位置的吸附能变小,与近邻Pt原子形成的S-Pt键变长,表明掺杂的Ni会减小相应位点S原子的吸附能,降低体系对S原子的吸附能力,进而减弱S吸附对体系催化能力的影响;态密度分析发现,S原子的吸附使得Pt基催化剂的催化活性降低,主要是S的2p电子引起的;这些结果将为后续研究Pt基合金电极抗S中毒效果以及探究S原子吸附后Pt3Ni的活性位提供依据.     

Pt基电极材料硫中毒机理的计算机模拟研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和超原胞模型,计算并分析了Pt及Cu掺杂的Pt基合金的表面态密度,以及S在Pt及Pt基合金表面的吸附能和态密度情况.考虑了多种掺杂体系及吸附构型,结果表明：Cu掺杂会降低Pt基体系表面费米能级附近态密度,Pt皮肤的存在可以有效地减小Cu掺杂对体系表面态密度的影响;与S在纯Pt表面吸附相比较,S在掺杂体系表面的吸附能较小,且S的吸附对掺杂体系费米能级附近表面态密度影响较小. 以上研究结果有助于为改善Pt基电极材料的催化性能,尤其是其抗S中毒性能提供理论依据.     

Ni与钇稳定的氧化锆(111)表面相互作用以及界面活性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了Ni原子在钇稳定的氧化锆(YSZ)(111)和富氧的YSZ(YSZ+O)(111)表面不同位置的吸附, 以及CO和O₂分子在Ni₁(单个镍原子)/YSZ和Ni₁/YSZ+O表面吸附的几何与电子结构特征. 结果表明: 1) 单个Ni原子倾向于吸附在O原子周围, 几乎不吸附在Y原子周围, 且Ni原子在氧空位上吸附最稳定; 2)和YSZ相比, 单个Ni原子在YSZ+O表面易发生氧化现象, Ni原子失去1.06 e电子, 被氧化成了Ni⁺, 吸附能力更强; 3)被氧化的Ni催化活性大幅下降, 大大减弱了表面对O₂和CO等燃料气体的吸附作用.     

Cu在Zr掺杂CeO2(111)面吸附特性的第一性原理研究

采用基于广义梯度近似的投影缀加平面波方法和具有三维周期性边界条件的超晶胞结构模型,用第一原理计算方法,计算并分析了Cu在Zr掺杂的CeO2(111)面吸附所形成的Cu/ Ce0.75Zr0.25O2(111)界面体系的吸附能、吸附结构和电子结构。结果表明：（1）Cu在Ce0.75Zr0.25O2(111)面上次层O的顶位,且邻近Zr原子的吸附位置的吸附能最大,吸附最强;（2）Zr的掺杂增强了Cu与CeO2衬底的作用;（3）Cu的吸附,在CZ(111)面的O2p-Ce4f态之间引入了新的间隙态,这些间隙态主要来自于Cu3d与衬底O2p的杂化作用,这是Cu与CeO2/ZrO2有较强作用的主要原因;（4）吸附的Cu被Ce0.75Zr0.25O2氧化为Cuδ+,并伴随着表面Ce4+ → Ce3+的转化,该反应可以总结为：Cu/Ce4+→ Cu δ+/Ce3+。     

单原子Pt增强α-Mo_2C(0001)抗硫中毒特性机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理方法研究了α-Mo_2C(0001)表面和Pt/α-Mo_2C(0001)表面抗硫中毒特性及其机理.发现干净的Mo_2C(0001)表面对含硫物种(S、HS和H2S)吸附很强(吸附能分别为-6.46、-4.15和-1.54 e V),极易S中毒.Pt的引入可以减弱含硫物种在Mo_2C(0001)表面的吸附,当含硫物种在Pt/Mo_2C(0001)表面Pt原子周围吸附时吸附能较小,在Pt原子顶位吸附时吸附能最小,远离Pt原子吸附时吸附能增大.因此,Pt的引入对Pt周围催化活性位点避免硫原子中毒起到很好的保护作用,达到抗硫中毒效果.预期提高Pt原子覆盖度,可以进一步降低含硫物种与Mo_2C(0001)表面的相互作用,更好地抗硫中毒,为设计高活性、高抗硫中毒性的Mo_2C基催化剂提供理论依据.     

S在Pt皮肤Pt3Ni(111)面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算并分析了S原子在 Pt皮肤Pt3Ni(111)面不同位置的吸附特性.结果表明：S原子在Pt皮肤Pt3Ni的fcc位吸附最强,吸附能为5. 49 eV;与S原子在纯净Pt(111)表面的吸附相比,S原子在Pt皮肤Pt3Ni表面相应吸附位置的吸附能变小、与近邻的Pt原子形成的S-Pt键变长,表明掺杂的Ni会减小相应位点S原子的吸附能,降低体系对S原子的吸附能力,进而减弱S吸附对体系催化能力的影响;态密度分析发现, S原子的吸附使得Pt基催化剂的催化活性降低,主要是S的2p电子引起的;这些结果将为后续研究Pt基合金电极抗S中毒效果以及探究S原子吸附后Pt3Ni的活性位提供依据.     

第一性原理研究由金属镍和钇稳定的氧化锆所形成的三相边界微观结构

基于第一性原理计算并结合经典的蒙特卡罗方法对镍团簇在钇稳定的氧化锆（YSZ）表面的各种稳定吸附构型进行了结构搜索,并得到了不同于以往文献中报道的更稳定的三相边界构型. 在此基础上,对氧迁移时所伴随的电荷转移进行了深入的探讨. 这里,从YSZ到Ni 上的电子转移是描述固体氧化物燃料电池阳极电化学反应的关键,因此,我们进一步分析了影响电荷转移量的可能因素. 所得研究结果暗示着在SOFC阳极可能存在着新的电化学反应机制.