cunmm=al pt co团簇催化co氧化的理论分析word格式论文.docxVIP

论文题目：CunM (M=Al、Pt、Co) 团簇催化 CO 氧化的理论研究专业：化学硕 士 生：董晓娜签名： 指导教师：郭玲摘签名： 要铜在纳米技术和催化应用中有极大的应用潜力，因此近年来对金属铜的研究也非常的多。由于合金材料具有其独特的性质，并不是单质材料的简单加和。所以，铜合 金材料也引起了科学家们的广泛关注。本论文采用密度泛函理论，PBE 方法，其中 Al、H、O 原子和 C 原子选用 6-31g*基组，原子 Cu、Pt 和 Co 选用 LANL2DZ 基组对 CunM (M=Al、Pt、Co) 团簇进行相关计算，研究内容有：1. 研究了 CunAl (n=1-3) 团簇催化 CO 氧化反应的反应机理。对于 CO 的氧化，金属 Al 和 Cu 掺杂的双金属团簇比单金属团簇 Cun+1(n=1-3)有更高的催化活性。第二 个 CO 分子吸附在 CunAl(n=1-3) 团簇上促进了 CO 和 O2 的反应，其反应能垒分别降 低为 0.21 eV、0.69 eV、和 0.18 eV。这些反应能垒与相应的第一条反应路径中的能垒（~0.90 eV）相比较是非常低的。计算结果表明对于 CO 的催化氧化，合金团簇 Cu3Al是较好的催化剂。2. 研究了 CunPt（n=3-12）团簇催化富氢体系中 CO 优先氧化（CO-PROX）反应 的反应机理。计算结果表明，所有团簇的基态结构中只有 Cu5Pt 是平面结构，其余都 是立体结构。H2 分子在所有的团簇上的最稳定吸附结构都是吸附在 Pt 原子上的结构。 H2 吸附在 CunPt 团簇上的吸附类型有两种，分别是头碰头和肩并肩。H2 分子解离的 能垒高低取决于 H2 分子吸附在 CunPt 团簇上的活化程度。换句话说，CunPtH2 结构中 H-H 键长越长，H2 分子解离的能垒就会越高。O2 分子吸附在 CunPtH-H 结构中与 Pt 相邻的 Cu 原子上的结构为最稳定结构。3O2 分子吸附在 CunPtH-H（n=3-12）团簇上 的结合能与该结构中 O-O 键长有一个相似的趋势，就是结合能越大的结构中 O-O 键 的键长就会越长，Cu4Pt 例外。O-O 键长的这个趋势和 NBO 电荷的转移还有些相似， 这是由于电子由金属向氧转移，增加了 Π*的成分，导致 O-O 键被削弱而拉长。富氢 体系中 CO 的优先氧化反应是通过两个主要的中间物（COOH 和 OH）进行的。由 CunPtI（n=3-12）团簇催化 CO-PROX 反应的所有的反应能垒可以看出 Cu6Pt 对于该反应是最好的催化剂。CO-PROX 反应的能垒最低的仅有 0.54 eV（Cu6Pt）。3. Cu12Co 和 Cu13 催化水煤气变换（WGS）反应的机理研究。计算结果表明：Cu12Co 和 Cu13 的稳定结构均是 Ih 构型；Cu12Co 和 Cu13 团簇上吸附 H2O 分子最强的位点都 在顶位，而吸附 CO 分子最强的位点分别是顶位和洞位；对于氧化还原和甲酸基生成 机 理 ， 其 决 速 步 都 是 OH*+*→O*+H* ， 而 羧 基 机 理 的 决 速 步 分 别 是 COOH*+*→CO2*+H*（Cu12Co）和 2H*→H2*+*（Cu13）；氧化还原、甲酸基和羧基 三种反应机理进行比较可以得出 Cu12Co 和 Cu13 催化水煤气变换反应的最优路径都是 羧基机理；将团簇 Cu12Co 和 Cu13 催化水煤气变换反应的决速步能磊进行比较可以得 出，不论是哪种反应机理，Cu12Co 都比 Cu13 的催化活性好。【关 键 词】CO 氧化铜合金团簇几何结构密度泛函理论吸附 反应机理【论文类型】基础IITitle ： DensityFunctionalTheoryStudyonoxidationofCOcatalyzed by CunM(M=Al, Pt, Co) clustersMajor：ChemistryName：Xiaona DongSignature： Supervisor：Ling GuoSignature： AbstractIn recent years, there are many investigations on Cu metal due to its extensive applying in the field of nanotechnology and catalyst. Alloyed Cu material aroused the interest of scientists because that alloy material has unique properties, which is distinct from the character of ele