甲醇在铂系合金表面脱氢氧化的机理研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuifeng188
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纯Pt及Pt系合金对直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell,DMFC)具有良好的催化效果。本文研究了两种不同的Pt合金催化体系:Pt Ru合金反应体系及Pt Pd合金反应体系。我们以相关理论研究及实验为背景,基于周期性密度泛函理论(DFT),构建周期性平板模型,系统的研究了甲醇在Pt Ru及Pt Pd合金表面的甲醇的分解氧化反应机理,并对相关的性质进行了分析。对PtRu研究结果发现:(1)在Pt Ru合金表面,Ru原子对中间体的吸附占主导作用,甲醇的脱氢氧化及水的活化过程都是以Ru为中心进行的;同时发现,对于能同时吸附于Pt空位和Ru空位的中间体,Pt空位普遍比Ru空位稳定(2)甲醇在Pt Ru的反应路径为non-CO路径:首先甲醇通过脱氢反应生成HCO,即CH3OH→CH3O→CH2O→CHO;水在合金表面活化生成含氧中间体OH,即H2O→HO+H;CHO与OH反应生成酸类中间体HCOOH;HCOOH依次脱氢最终生成CO2:HCOOH→COOH→CO2;(3)Pt Ru合金表面水的活化较纯Pt表面容易:经过我们在相同理论水平下的计算,H2O在Pt Ru合金表面的活化能垒为0.91e V,而在纯Pt表面的活化能垒为1.20 e V;通过对H2O反应的能垒贡献因子分析发现,H2O活化反应的过渡态中OH与表面作用非常强烈,是导致H2O在合金表面容易活化的根本原因。对PtPd研究结果表明:(1)在Pt Pd合金表面,Pt原子对中间体的吸附及反应占主导作用,即Pt是Pt Pd(111)表面的活化中心;(2)Pt Pd(111)表面甲醇分解以C-H活化为第一步反应,反应过程为CO路径:甲醇首先依次脱氢生成CO,CO与含氧中间体OH反应生成酸类中间体COOH,COOH再分解最终生成CO2,即CH3OH→CH2OH→CHOH→CHO→CO,CO+OH→COOH→CO2;(3)Pt Pd表面水活化(0.89 e V)相对纯Pt(1.10 e V)也更加容易,原因在于Pt Pd表面水活化时基底形变能较小且TS中OH与基底的相互作用比Pt(111)表面强。
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