過渡金屬摻雜Al(111)結(jié)構(gòu)表面對(duì)H2的催化.pdf

1、長(zhǎng)期以來，人們期望通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算找到儲(chǔ)氫量大、吸收和釋放氫性能好的材料來滿足新能源領(lǐng)域和化工領(lǐng)域的應(yīng)用需求。研究表明，金屬氫化物(以NaAlH4為代表)在加入過渡金屬(如Ti基催化劑)時(shí)，其化學(xué)反應(yīng)中，正向分解釋放氫以及逆向吸收氫的性能都會(huì)得到很大的提高。但是，過渡金屬(如Ti)所具有促進(jìn)和改善NaAlH4加氫、脫氫反應(yīng)可逆進(jìn)行的催化作用機(jī)制還存在爭(zhēng)議?；诖耍覀儗⒉捎没诘谝恍栽矸椒ǖ腣ASP軟件和過渡態(tài)計(jì)算方法以及其他輔助的

2、計(jì)算軟件來計(jì)算模擬過渡金屬摻雜Al(111)表面H2的吸附和分解。通過計(jì)算各種摻雜情況下的摻雜結(jié)構(gòu)，形成能，能量勢(shì)壘和遷移路徑等，分析摻雜過渡金屬原子對(duì)NaAlH4催化加氫效果的影響。我們主要做了以下兩個(gè)研究工作：
　　一、研究了1-3個(gè)Ti原子摻雜Al(111)結(jié)構(gòu)表面對(duì)氫的催化作用。計(jì)算了Ti原子以不同摻雜方式形成的摻雜結(jié)構(gòu)的形成能以及對(duì)氫催化分解的效果，得到了分子形式吸附的氫在摻雜表面的分解路徑以及分解勢(shì)壘，對(duì)摻雜原子數(shù)目相

3、同的不同摻雜結(jié)構(gòu)的催化分解效果進(jìn)行了縱向的比較。計(jì)算了氫原子在不同摻雜表面的遷移擴(kuò)散路徑與擴(kuò)散勢(shì)壘。我們的計(jì)算表明，過渡金屬Ti傾向于以分散的形式鑲嵌在Al(111)表面。摻雜表面對(duì)氫的催化效果隨摻雜Ti原子數(shù)目的增加而增強(qiáng)，表現(xiàn)為催化H2分解所需要的活化能更低。對(duì)于摻雜數(shù)目相同的Ti原子以取代方式構(gòu)成不同形態(tài)的摻雜表面，摻雜Ti原子相對(duì)較為聚攏的結(jié)構(gòu)更能降低氫吸附分解的勢(shì)壘，當(dāng)摻雜的三個(gè)Ti原子聚成島狀時(shí)，H2的分解勢(shì)壘接近于零。受摻

4、雜Ti原子對(duì)氫原子的影響，雖然原子形態(tài)的氫在摻雜表面擴(kuò)散需要克服一定的勢(shì)壘，但是其能夠在摻雜表面較好地?cái)U(kuò)散，實(shí)現(xiàn)催化加氫。
　　二、研究了同一周期的過渡金屬元素Sc、V、Fe、Ti、Pt等原子取代Al(111)表面鋁原子形成的合金表面對(duì)氫的催化分解的影響。其中Sc、V、Fe、Ti原子摻雜的表面對(duì)氫的吸附分解具有催化作用。對(duì)應(yīng)Sc、V、Ti、Fe的摻雜表面，H2催化分解所需要的活化能分別為0.54eV、0.29eV、0.51eV、0