钙钛矿的第一性原理计算及其催化特性的研究-化学工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 分类号： O643 学校代号：10490 学 号 ： 201106046 密 级：公 开 武汉工程大学硕士学位论文 钙钛矿的第一性原理计算及其催化 特性的研究 作者姓名： 朱统军 指导教师姓名、职称：闫志国教授 申请学位类别：工学硕士 学科专业名称：化学工程 研究方向：化工系统工程 论文提交日期：2014 年 4 月 03 日论文答辩日期：2014 年 5 月 24 日 学位授予单位： 武汉工程大学 学位授予日期：2014 年 6 月 19 日 答辩委员会主席： 李 涛 First Principle Investigation of LaMnO3 and Its Catalytic Preformance A Thesis Submitted for the Degree of Master Major：Chemical Engineering Candidate：Zhu Tongjun Supervisor：Prof. Yan Zhiguo Wuhan Institute of Technology Wuhan, Hubei 430073, P. R. China 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 20 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定， 即：我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 Ο ， 在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不必威体育官网网址 Ο。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 20 年 月 日 20 年 月 日 摘 摘 要 摘 要 随着计算机技术以及理论计算方法的日益发展，在材料科学研究中理论计算占 有越来越重要的地位。其中，密度泛函方法，由于计算量适中，计算精度比较高， 已成为凝聚态物理、计算化学以及材料科学领域中极为重要的理论方法之一。从而， 在化工领域中，理论计算为探索非均相体系催化剂活性等因素，实现催化剂设计、 筛选、合成、生产过程的科学化、系统化、和模型化，使得人们能清楚地从原子与 电子的层面来认识材料的表面结构性质，以便对高选择性催化剂进行指导设计，为 人们更好地认识化学工程中的催化问题开辟了一条新的道路。 本文是在密度泛函理论（DFT）框架下，应用第一性原理的平面波赝势方法， 针对 LaMnO3 的体相及其表面周期体系进行了理论研究。主要研究结果如下： (1)对不同磁性的 LaMnO3 体相的电子结构进行了相关计算，计算结果表明：不 同磁结构 LaMnO3 能量大小顺序依次为:非磁性（NM）G 型反铁磁性（G-AFM）C 型反铁磁（C-AFM）A 型反铁磁（A-AFM）铁磁性（FM），即立方相 LaMnO3 具有稳定的铁磁性基态；本文对各种磁性结构的 LaMnO3 的体相结构进行了自旋极 化计算，对于铁磁性的 LaMnO3，自旋向上是没有带隙的，而自旋向下带隙为 2.2eV， 即铁磁性 LaMnO3 具有半金属性，而其它磁性结构均具有金属性；由 Mulliken 布居 分析可知，LaMnO3 在基态的离子构型为 La+1.45Mn+0.72O-0.72。 (2)对 LaMnO3 的(001),(110)和(111)表面的不同终结面均进行了弛豫计算，弛豫 后体系的总能量降低，各原子均有不同的弛豫位移,弛豫后,各表面上的电荷也发生 了重新分配。通过对三种低米勒指数的表面表面能进行计算，(001)面的表面能是最 低的，所以 LaMnO3(001)面是最稳定的。具有缺陷表面的表面能比与完美晶面的表 面能相比，具有缺陷表面的表面能是比较低的，即对表面引入缺陷对表面具有稳定 效应。经过电荷重新分布计算可知，通过改变表面电子结构与改变表面的组成两种 方式可以取消极化表面的宏观偶极矩。 (3)对于氧气吸附在 LaMnO3（001）的表面做了简单计算，结果证明：含有氧 缺陷 LaMnO3(001)表面对于氧气分子的催化活性是相当强的。这主要是因为表面的 氧空位留下了两个电子，且氧分子又是电子受体，因此氧气与氧空位间存在相互作 I 武汉工 武汉工程大学硕士学位论文 用，由结果可知氧气具有较高的活性对于具有氧缺陷的表面。 计算过程中选取的研究对