铂铱二元合金团簇及其吸附体系的密度泛函理论研究

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本文通过MS Dmol3软件包,基于密度泛函理论(DFT)采用广义梯度近似(GGA)计算了PtmIrn(m+n=2-10)团簇和PtmIrnNO(m+n=2-10)团簇,对其几何结构、稳定性和电子性质进行了探究。结果表明:(1)对于PtmIrn(m+n=2-7)团簇的研究结果表明:纯Irn团簇的基态结构为多数掺杂团簇的基本框架。平均结合能分析结果表明铱原子的加入提高了纯铂团簇的稳定性。Irn和Pt1、2Irn团簇的二阶能量差分表现出“奇偶”振荡。Pt2、5、Pt1-3Ir和Ir2、3、7团簇比其它团簇具有更高的能隙,表明这些簇在化学稳定性方面比其他团簇强。所有团簇d轨道电子的分布是相对局域的。总态密度主要来自d轨道在-5-2eV范围内的贡献。在Pt1、3Ir3、Pt4Ir1-2、Pt2Ir4、PtIr5和Ir7团簇中,每个原子周围都存在大量的电子自旋密度,说明团簇中的每个原子对局域磁矩贡献都很大。(2)对于PtmIrn NO(m+n=2-7)团簇的研究结果表明:基态结构均通过NO分子的N端和团簇顶点吸附获得。在掺杂团簇中,相比于Pt原子NO分子更倾向被吸附在Ir原子上。吸附能的研究结果表明:纯铂团簇中适量的铱原子加入提高了团簇的吸附强度。并且掺杂PtmIrn NO(m+n=2、4、6)团簇的吸附能大于相同尺寸纯团簇的吸附能,表明偶数合金团簇与NO分子的相互作用更强。在PtmIrNO和PtIrnNO团簇的二阶能量差分曲线上存在“奇偶”振荡。在m+n=3、4、6的能隙曲线中存在“奇偶”振荡,峰值团簇在化学稳定性上更强。spd杂化不仅发生在不同的轨道上,且发生在不同原子之间。(3)对于PtmIrn(m+n=8-10)团簇的研究结果表明:简单立方结构有望作为富铱团簇的有效基本框架。Pt4-6Ir4、Pt6Ir2、Pt7Ir1-2、Pt1、2Ir8和Pt4Ir6团簇的二阶能量差分相对于其它团簇而言较大,表明这些团簇更加稳定。PtnIr(9-n)团簇的二阶能量差分曲线显示出明显的“奇偶”振荡,表明PtIr8、Pt3Ir6、Pt5Ir4和Pt7Ir2团簇比其相邻团簇更稳定。Pt7Ir、PtIr8和Pt2Ir8团簇拥有最小的过剩能,说明这些团簇具有较强的稳定性。NO吸附于PtmIrn(m+n=8-10)团簇的研究结果表明:NO分子通过氮原子吸附在所有裸团簇的顶部。在所有双金属团簇中,NO分子更喜欢吸附在铱原子上,这与PtmIrnNO(m+n=2-7)团簇结果一致。通过分析PtmIrnNO(m+n=8-10)团簇的吸附能,发现不同尺寸的峰分别对应于Pt5Ir3NO、Pt2Ir7NO和PtIr9NO团簇,表明这些团簇与NO分子的结合比相邻团簇更好。除Pt2Ir6NO外,其它掺杂PtnIr(8-n)NO团簇的吸附能均大于8原子纯团簇的吸附能,表明8原子合金团簇与NO分子的相互作用更强。PtnIr(N-n)NO(N=8-10)团簇的二阶能量差分曲线中均存在明显的“奇偶”振荡。PtIr7NO、Pt7Ir2NO和Pt5Ir5NO在同尺寸双金属团簇中能隙呈现最大值,说明这些团簇在化学稳定性上更强。二元合金团簇的表面吸附性质以及反应活性和纯团簇相比更占优势,显示出在催化剂领域中的巨大潜力。因此,对二元合金团簇及其吸附体系的研究具有重要的研究价值和应用前景。
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