Pt基催化劑的氧還原活性的第一性原理研究.pdf

1、燃料電池的廣泛應用將會導致新一代綠色能源革命。在燃料電池大家庭中,質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是非常具備潛力的一種。通常商業(yè)化PEMFC的電極催化劑使用的是Pt擔載在碳黑上的Pt/C催化劑。O2在陰極催化劑上的氧氣還原反應(ORR)是影響PEMFC性能的主要反應。而O2在催化劑表面上的解離又是ORR的關鍵反應。基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理模擬計算能夠很好的解釋和研究電極催化反應機制。
　　 本文采用基于廣義梯度近似

2、的投影綴加平面波(projector augmented wave)贗勢和具有三維周期性邊界條件的超晶胞模型,用第一性原理方法,系統(tǒng)地研究了O2分子在純Pt(111)催化劑表面和Pt-skin/Pt3Ni(111)合金催化劑表面吸附、擴散和解離,還研究了金屬Pt原子在NbO2(110)表面的吸附和擴散。
　　 研究得到有意義的結果如下:
　　 1,O2的t-h-b吸附構型很容易轉化成t-b-t吸附,解釋了實驗中觀察不到t

3、-h-b吸附構型的原因。得到O2在Pt(111)表面的解離過程,發(fā)現(xiàn)兩種解離途徑對O2覆蓋度的不同依賴關系。
　　 2,Pt3Ni(111)表面能夠減弱O、OH等對催化劑的毒化,從而提高了對氧氣還原反應的催化活性。O2在Pt3Ni合金(111)表面的解離活化能太大以至于O2不可能直接解離。至少是在Pt基合金體系中,氧氣的還原反應第一步不會是O2的解離而是先形成OOH。
　　 3,用NbO2擔載Pt提高了氧氣還原反應的催化