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本文在密度泛函理论(DFT)水平上,采用GGA-PAW交换相关势,结合平板周期模型,对环己烯的脱氢生成苯这一反应在n Au/Pt(100)和n Pt/Au(100)(n=0,1,2)模板催化剂上的热力学和动力学做了详细的理论计算和讨论。
第二章主要对环己烯及其去氢中间体5个反应物种的吸附做了详细的计算,并比较了吸附物种在不同吸附位上吸附热的大小,找到最稳定的吸附位。结果发现在n Au/Pt(100)(n=0,1,2)三个金属或者合金表面上吸附时,最稳定的吸附位都是在穴位(hollow),而且吸附热的顺序是clean Pt>Au/Pt>2 Au/Pt;而且还发现环己烯的吸附热和表面活性之间具有火山曲线关系;另外,我们计算了这三个金属或合金表面的电子和能带性质,例如功函,d带中心,和投影态密度等,来帮助我们理解吸附的本质,并把它们与吸附行为做了关联和比较,发现在nAu/Pt(100)(n=0,1,2)三个金属或者合金表面的吸附热顺序与这些金属的电子和能带性质,如d带中心的顺序一致。
第三章主要对环己烯在n Au/ Pt(100)和n Pt/Au(100)(n=0,1,2)金属或者合金表面,以及有C修饰和张力影响下的纯铂表面的去氢生成苯的反应的动力学进行计算研究。其中,主要利用NEB方法寻找反应过渡态,并计算得出了反应活化能和反应热,确定了环己烯脱氢的速控步骤,还利用投影态密度(PDOS)计算来分析环己烯去氢的反应机理。得出的结论:(1)环己烯第一步脱氢的反应热和反应活化能之间有线性自由能关系—Linear-Free-Energy-Relationship(LFER),可知此反应在这些金属表面的过渡态类型是相同;得到了nAu/Pt(n=0,1,2)模板中,反应热与活化能和反应活性之间的“火山型曲线”,且知道Au/Pt几乎是处于“火山型曲线”的最高点,所以是环己烯去氢反应的活性较好的合金催化剂;(2)在纯铂的表面,环己烯第四步去氢步,C6H7→C6H6+H是速控步骤;而在Au/Pt和2 Au/Pt表面,第一步去氢,C6H10→C6H9+H是速控步骤。然而,在纯铂的表面上C的覆盖度修饰为4/9ML时,环己烯去氢的速控步骤从第四步(C6H7→C6H6+H)转移到第一步(C6H10→C6H9+H),并且使其活化能升高;(3)Au/Pt表面上初始态(C6H10)、过渡态(C6H9...H)和终态(C6H9+H),在前线轨道上的投影态密度(PDOS)帮助我们更好地理解从环己烯上脱下一个氢的物理过程。