固体氧化物燃料电池(SOFCs)有望成为未来可再生能源发展的关键技术,与其他燃料电池或能量转换装置相比,SOFC具有许多显著的优势,比如固体氧化物燃料电池使用固态电解质,全固态组件(没有移动部件)、能够规避贵金属的使用、效率高、低污染、燃料适应性强等。然而,在实际应用中,进料流中不可避免地会进入硫化物,产生H2S气体,进而分解成单质硫,导致阳极催化剂硫中毒,从而影响SOFC的长期稳定性,阻碍SOFC的商业化发展。本文利用第一性原理方法,结合从头算原子热力学方法(ab initio atomistic thermodynamics method)(用以计入环境温度和气体分压的影响),并从原子层次和电子结构方面对IB族(金、银和铜)Ni基合金体系的硫中毒现象进行系统的研究,探究了镍基合金对固体氧化物燃料电池阳极硫中毒的影响。进一步考虑电场的影响,以Cu/Ni体系为重点研究对象,研究了不同的掺杂浓度的Cu/Ni表面合金的抗S中毒机制。研究的目的是希望找出镍基双金属催化剂抗硫中毒的原因,为设计新的抗硫中毒材料提供参考。主要研究工作及结果如下:1.研究了IB族金属(金、银和铜)掺杂的Ni(1 0 0),(1 1 0)和(1 1 1)面上硫中毒效应。我们发现在Ni(1 0 0)和Ni(1 1 0)表面,引入IB族金属掺杂,可以使其d带中心下移,远离费米能级,从而减弱了对硫的吸附,抗硫中毒能力从弱到强依次为Ni<Cu/Ni<Ag/Ni<Au/Ni.然而在Ni(1 1 1)表面引入IB族金属掺杂,其抗硫中毒能力顺序却是Ag/Ni(or Cu/Ni)<Ni<Au/Ni.在M/Ni(1 1 1)表面增加IB族金属表面掺杂浓度至50%时,我们发现不仅Au而且Ag和Cu掺杂都可以很好地抗硫中毒。结果表明,Ni表面合金化可以很好地抗硫中毒,相比于Ag和Cu掺杂,Au的抗硫中毒效果更好。2.研究了外电场和不同浓度的铜掺杂对Ni(1 0 0),(1 1 0)和(1 1 1)表面的抗硫中毒性能的影响。我们发现,对于纯净的镍,(1 1 1)面最不容易产生硫中毒,(1 0 0)面对硫吸附最稳定。当Cu掺杂浓度增加到50%,(1 1 0)面成了最容易中毒的表面。相比于纯净的和低掺杂浓度的镍表面,具有铜皮肤(覆盖一层铜)的Ni(1 1 1)表面可以更好的抗硫中毒。另外,1.0 V/?的外电场存在可以使硫的吸附强度减弱,使硫中毒相的转变温度降低,增强了表面抗硫。结果表明,在大的外电场下,具有铜皮肤的镍表面可以更有效地提升镍基阳极的抗硫中毒效果。