【摘 要】
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在现在社会人类活动中,工业燃烧、机动车排气以及某些化工生产过程等产生大量氮氧化物（NOx）,对社会经济发展和生态系统造成破坏,严重影响人类的身体健康。目前选择性催化还原技术（NH3-SCR）是脱除NOx最有效的方法。为探究Ce PO4及金属掺杂Ce PO4表面的NH3-SCR脱硝过程和脱硝机理,本文采用密度泛函理论,使用VASP软件,以磷酸铈作为基底,金属锰作为掺杂金属,研究反应物NH3/NOx在
【基金项目】
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国家自然科学基金（22068029/51866013）; 内蒙古自然科学基金（2019ZD13/2020MS05045）
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在现在社会人类活动中,工业燃烧、机动车排气以及某些化工生产过程等产生大量氮氧化物（NOx）,对社会经济发展和生态系统造成破坏,严重影响人类的身体健康。目前选择性催化还原技术（NH3-SCR）是脱除NOx最有效的方法。为探究Ce PO4及金属掺杂Ce PO4表面的NH3-SCR脱硝过程和脱硝机理,本文采用密度泛函理论,使用VASP软件,以磷酸铈作为基底,金属锰作为掺杂金属,研究反应物NH3/NOx在磷酸铈晶体表面的吸附行为以及反应机理。通过建模软件搭建初始计算模型,选择最优晶面后进行NH3/NOx分子的吸附,分析NH3/NOx在Ce PO4和Mn掺杂Ce PO4表面的吸附特性,考察Mn掺杂对Ce PO4晶面结构的影响,比较吸附能、电荷密度、态密度以及电荷变化。最终得到结果为Ce PO4体系中的NH3-SCR反应既存在L-H机理又存在E-R机理,Mn-Ce PO4体系中的NH3-SCR反应以E-R机理为主。同时得出以下结论:（1）（010）晶面是Ce PO4晶体最稳定的晶面,终止末端暴露原子为氧原子。单斜独居石Ce PO4具有层状结构特征,表面存在不饱和配位金属原子和氧原子。Wulff结构中,（001）、（010）和（100）晶面面积分别占总晶体形状面积的14%,45%和41%。（2）Ce PO4表面既存在布朗斯德酸性位点又存在路易斯酸性位点,两者都可吸附NH3分子。B酸可通过矿物本身OH-离子形成,也可通过L酸转化形成。NO分子吸附在Ce原子和填补后的O’原子上,NO2吸附在Ce原子上,Ce-OH既可以吸附NH3又可以吸附NO分子。NH3在P=O-H上的吸附能力最强,NO在Ce-OH上的吸附能力最强,NOx在Ce PO4表面的吸附能力弱于NH3。NOx和NH3在Ce top上存在竞争吸附。（3）Mn-Ce PO4体系中的NH3更容易吸附在L酸位点,且更容易分解,B酸位点对NH3的选择性差,填补氧空位体系中的B酸位点之间可以相互转化。表面Ce原子和O原子都可以吸附NO分子,填补氧空位后的O’原子上也可以吸附NO分子。Ce-OH既可以吸附NH3又可以吸附NO分子,氧化成为-ONOH物种。NH3/NO分子在填补氧空位的表面上的吸附能力较强。NO2不能吸附在Ce top和Mn top位。（4）Mn原子掺杂磷酸铈表面后,磷酸铈表面的结构稳定性变差,表面几何结构发生改变。Mn-Ce PO4体系中表面的O原子不稳定,其化学结合能力增强。Mn原子的掺杂能够促进磷酸铈表面氧空位的形成。
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