论文部分内容阅读
本文基于密度泛函理论(DFT),采用GGA-PAW交换相关势,使用平板周期模型,对l,3-环己二烯在Pt(lll)和Pt-Sn表面合金表面上脱氢以及环己烯在Pt(l00)和Pt-Au双金属表面上脱氢过程进行了理论计算。
第二章首先对1,3-环己二烯及其脱氢中间体在Pt(lll)和Pt-Sn表面合金上的吸附进行计算,找出最稳定的吸附位置和吸附分子的构型。对于各个吸附物种来说,吸附能都随着表面Sn原子浓度的增加而减小。通过电子结构分析发现:Pt(111)的d电子中心比Pt-Sn合金上的d电子中心更靠近费米能级,说明Pt(lll)比Pt-Sn合金更活泼。另外,在吸附以后,金属表面的功函都有所减少,说明有部分电子从吸附分子转移到金属表面上。随后,计算了1,3-环己二烯在Pt(lll)和Pt-Sn合金表面上脱氢生成笨基的过程。沿着主要的反应路径,l,3-环己二烯在Pt(lll)、Pt3Sn/Pt(111)和Pt2Sn/Pt(111)表面上第一步脱氢的活化能分别是0.62、0.72、0.75 eV,第二步脱氢活化能分别是0.87、0.51、0.32 eV,第三步脱氢活化能是1.49、1.75和1.90 eV。第三步脱氢过程是速控步骤。在Pt2Sn/Pt(111)表面上,第二步脱氢反应很容易发生,但是第三步脱氢反应却很难进行。通过微观动力学模拟,计算出了Pt(lll)、PtsSn/Pt(111)和Pt2sn/Pt(111)表面对于生成气态苯的相对选择性,分别是j0.6l、0.99、1.0。Pt3Sn/Pt(111)和Pt2Sn/Pt(111)表面合金对于生成气态苯产物的选择性相近,都约为100%,因此,适当Sn表面浓度的Pt-Sn合金对提高Pt-Sn催化剂的选择性能起到决定性的作用。
第三章首先对环己烯及其脱氢中间体在nAu/Pt(100)和nPt/Au(100)(n=O,1,2表示层数)表面上的吸附进行了计算。对于所有的吸附物种,吸附能的顺序为Pt/Au(100)>2Pt/Au(100)> Pt(100)> Au/Pt(100)2Au/Pt(100)> Au(100),该顺序与这些金属的表面d电子中心的位置顺序一致,即位置越靠近费米能级,金属越活泼。随后,通过搜索脱氢反应的过渡态,发现清洁Pt(100)、Pt/Au(100)和2Pt/Au(100)表面显示出很高的催化环己烯脱氢的活性,速控步骤都是第四步脱氢,且所需活化能仅为0.84、0.85、0.64 eV。而在实验中环己烯在Pt(100)上脱氢反应速率很小,原因是在实验条件下环己烯的脱氢过程可能会受到积碳效应和氢效应的影响,因此,我们把计算模型修改为在4/9 H和4/9 C浓度下的Pt(100>和2Pt/Au(100)表面。在H和C修饰的Pt(i00)和2Pt/Au(100)表面上,环己烯脱氢生成苯的速控步骤为第二步脱氢(C6H。~C。HB),该步骤需要的活化能分别是1.37和1.08 eV,说明2Pt/Au(100)的催化环己烯脱氢的活性高于纯Pt(l00)表面,这符合实验事实。
第四章和第五章分别简要讨论了l,4-环己二烯在Pt(111)和Pt-Sn合金上的吸附,甲酸根在过渡金属表面上的吸附能与金属电子结构的关系。