Ni原子的加入对Pd13-nNin@Pt42纳米颗粒的结构性能，电子性质，磁性以及O2,H20分子催化性质的影响
三金属核-壳纳米颗粒因其独特的结构性质，磁性和催化性质得到了研究者们广泛的认可和研究。本文主要结合密度泛函理论研究Ni原子的加入对正二十面体Pd13-nNin@Pt42纳米颗粒的结构性质，电子性质，磁性以及O2，H2O分子吸附性质和分解反应的影响。主要内容包含以下几点: 1:对Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)这14个结构的同分异构体进行结构优化找出相对稳定的结构。观察到随着Ni原子数目的增加，Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)的过剩能逐渐降低。也就是说Ni原子的加入提高了结构的稳定性。进一步发现当Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)具有越高的CNPd-Ni以及形成越多的Ni-Ni键时，Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)的过剩能越负。过剩能越负，则说明Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)越稳定。从而可以说明Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)的结构稳定性主要依赖于CNPd-Ni和Ni-Ni键的数目。 2:Ni原子的加入，使得更多的巴德电荷从核内的Pd和Ni转移到壳外的Pt原子上。观察到Pt-Pt的平均键长，Pt原子的巴德电荷和d带中心呈现很好的线性变化趋势，线性相关系数分别高达0.98和0.99。说明Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)结构的变化影响电子性质的变化。 3:Ni原子的加入提高了Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)的总磁性，并在Pd1Ni12@Pt42(21.21μB)时总磁性达到最大值。此外，除了Pd11Ni2@Pt42，和PdnNi2@Pt42，Pd8Ni5@Pt42外，随着Ni原子数目的增加，Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)的总磁性，Ni原子的平均巴德电荷和d带中心变化趋势相一致，说明电子性质的变化对于磁性影响很大。因此可以推断出Ni原子的加入对于Pd13-nNin@Pt42(n=0～13)的电子性质和磁性起着很重要的作用。 4:2和O原子在Pd13-nNin@Pt42(n=0，1，12，和13)上的最稳定吸附位分别是B1和H1位。2在B1位上的吸附能强于在B2位的吸附，类似的现象发生在O原子在H1和H2位上的吸附，这种特征主要源自于配位数效应。此外，分析了2和O原子的吸附能和d带中心的变化关系，发现当d带中心越靠近费米面时2和原子的吸附能越强，这和d带理论相一致。 5:2在Pd13-nNin@Pt42(n=0，1，12，和13)上的分解反应，其初始态2位于B1位，终态时两个O原子分别位于V1和B1位。2在Pd13-nNin@Pt42（n=0，1，12，和13）上的分解反应都是放热反应，其分解能垒分别是0.436，0.455，0.586和0.221eV。Ni13@Pt42具有最低分解能垒和最大反应速率常数说明O2在Ni13@Pt42上的分解反应活性最大。 6:H2O在Pd13-nNin@Pt42(n=0，1，和12)上的稳定吸附位点只有V1和V2位，在Ni13@Pt42上的稳定吸附位点只有V1位。OH在Pd13-nNin@Pt42（n=0，1，12，和13）上的最稳定吸附位点是B1位。H在Pd13@Pt42和Pd1Ni12@Pt42上的最稳定吸附位点是V2位，在Pd12Ni1@Pt42和Ni13@Pt42上的最稳定吸附位分别是B1和B2位。进一步研究了配位数，Pt表面的d带中心和OH的吸附能三者之间的变化关系。发现OH位于B1位上的吸附能强于在B2位上的吸附能，这主要源于配位数的效应。而且Pt的d带中心和OH在B2位上的吸附能的线性相关系数高达0.99，也就是说OH在B2位的吸附越强，其d带中心越靠近费米面。 7:H2O在Pd13-nNin@Pt42（n=0，1，12，和13）上的分解反应，H2O在Pd13-nNin@Pt42(n=0，1，和12)上V1和V2位以及H2O在Ni13@Pt42上V1位作为初始态。发现H2O位于Pd13@Pt42和Pd1Ni12@Pt42上V2位上的分解能垒低于在V1位，而H2O位于Pd12Ni1@Pt42上V1位的分解能垒低于在V2位。并且，H2O在Pd13-nNin@Pt42(n=0，1，12，和13)上的分解反应都是吸热反应。H2O在Pd13-nNin@Pt42(n=0，1，12，和13)上的分解反应的活性顺序为:Ni13@Pt42＞Pd13@Pt42＞Pd12Ni1@Pt42＞Pd1Ni12@Pt42，说明Ni13@Pt42催化剂对于H2O的分解反应活性在这四种催化剂中活性最高。 8:进一步研究了H2O在Pd13-nNin@Pt42（n=0，1，和12）上的V1和V2位上的吸附能，反应能和能垒之间的关系。分析H2O在Pd13-nNin@Pt42（n=0，1，和12）上的吸附能，观察到H2O在V1和V2位的吸附作用越弱时对应着分解反应能垒低。也就是说，H2O在Pd13@Pt42上V1和V2位上的吸附能分别是1.280和0.691eV，其对应的反应能垒分别是-0.774和-0.716eV。并且，H2O在V1和V2位上的分解反应的反应能和能垒，存在着当反应能越低时其对应的能垒也越低的现象，这种关系类似Br(φ)nsted-Evans-Polanyi关系。
三金属核-壳纳米颗粒;镍原子;结构性能;电子性质;电磁性能;催化性质
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
黄世萍
2017
中文
TB383
107
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）