alau合金团簇催化剂的密度泛函理论分析word格式论文.docx

摘要论文题目：AlAu 合金团簇催化剂的密度泛函理论研究专业：化学硕 士 生：李淑颖签名： 指导教师：郭玲摘签名： 要在催化化学与化学工程中，催化剂一般由混合金属或双金属合金组成，它们能够很大程度的提高反应活性及选择性。金纳米粒子有较高的催化活性，纯金团簇和负载 在金属氧化物上的金团簇对于许多重要的化学反应在低温下进行能起到很好的催化 作用。而铝由于其储量丰富、便宜且质量轻，铝合金团簇的研究在应用材料及传统物 理和化学领域都受到普遍关注。那么，铝金合金有怎样的性质呢？近年来，有一些铝 金合金几何结构及其电子特性方面的理论研究，但对于其催化活性的研究较少，因此 本文主要研究了铝金合金的催化活性，以便于为实验上开发新型纳米催化剂提供理论 基础和指导。本文采用 DFT/PBE 方法，对 Al、H、C 和 O 原子选用 6-31g*基组，对 Au 原子选用 LANL2DZ 的赝势基组进行了相关计算，主要研究内容为：1.系统地研究了 H2 分子在 AlnAu (n = 1-13) 中性团簇上的吸附及解离行为，并进 一步讨论了 H2 分子在 AlnAu 团簇上的解离机理。研究表明：AlnAu (n = 1-13) 中性团 簇的生长规律为：AlnAu (n = 1-7, 12) 团簇是在 Aln 团簇的外围加一个 Au 原子；AlnAu (n=8, 10, 13) 团簇则是 Aln+1 团簇中表面的一个 Al 原子被 Au 原子取代，且 Au 原子 位于团簇的表面。H2 与顶位的 Au 原子以头碰头的形式发生物理吸附，这种吸附方式 比肩并肩的方式更有利于轨道重叠。H2 在 AlnAu 的化学吸附，Al7Au 的化学吸附能 最大，Al6Au 的化学吸附能最小，且绝大多数 (n = 3, 5-13) 为两个 H 原子与相邻或 相对的两个 Al 原子成键。根据 Δ2E 值，AlnAu 团簇，在 n = 6, 7, 9 时团簇有较高的稳 定性；而 AlnAuH2 团簇，与其他团簇相比，在 n = 3, 7, 9 时稳定性高。H2 分子在 AlnAu (n = 1-13) 团簇上解离形成 AlnAuH2 这一反应放热较多，并且在 Al3Au 和 Al7Au 团簇 上发生反应的活化能很低，因此可以将二者可作为高效低廉的 H2 解离催化剂。2. 系统地研究了 O2 和 CO 分子在 AlAun 中性团簇上的吸附行为，得出：O2 在AlAun (n = 1-12)团簇的吸附，除 AlAu12O2 外，O2 都吸附在 Al 原子上，且吸附能、O-O 键键长及振动频率、团簇与 O2 之间的电荷转移都出现奇偶震荡现象。CO 在 AlAun(n=1-12) 团簇的吸附，当 n = 1-3 时，C 原子与 Al 原子形成 C-Al 键，而 n = 4-12 时， C 原子与 Au 原子形成 C-Au 键。此外，C-O 键键长及振动频率、团簇与 CO 之间的 电荷转移都出现奇偶震荡现象，而吸附能没有明显的规律。O2 和 CO 在 AlAun (n = 1-12) 团簇，由于 O2 的吸附能比 CO 的吸附能更负，因此 O2 优先于 CO 吸附到团簇上。在 此基础上，进一步研究了 AlAun 催化氧化 CO 的反应机理。研究表明：AlAun 催化氧 化 CO 的反应为放热反应，反应热介于-4.83~ -6.38 eV 之间。其中，AlAu6 催化氧化 CO 的反应能垒最低，为 0.27 eV，AlAu12 次之，能垒为 0.38 eV，这表明 AlAu6 和 AlAu12 团簇催化氧化 CO 有很高的化学活性。通过 LDOS 分析解释团簇与 O2/CO 之间的相 互作用，进一步阐明了了反应的机理。【关 键 词】铝金合金团簇密度泛函理论几何结构电子特性吸附 反应机理【论文类型】基础Title：Density Functional Theory Study on AlAu alloy clusterscatalystMajor：ChemistryName：Shuying LiSignature： Supervisor：Ling GuoSignature： AbstractIn catalytic chemistry and chemical engineering, real catalysts mainly consist of a heterometallic or bimetallic system, which can profoundly enhance reactivity and selectivity. Gold nanoparticles have attracted public attention since the pioneer