论文摘要
碳化钨具有与铂相近的催化性能,有望取代铂,以解决铂的储量日益减少的困境。本文应用密度泛函理论的广义梯度近似方法对CO-Pt吸附体系、CO-WC吸附体系以及CO/O-WC共吸附体系的吸附热、C-O键、C-Pt键、C-W键的键长、布居数以及态密度等进行了研究。研究发现,当覆盖率为0.25ML时,对于CO-Pt吸附体系,CO最容易在Pt（100）晶面的桥位、Pt（110）晶面的短桥位、Pt（111）晶面的hcp三重位吸附,吸附热分别为2.11eV、2.37eV、1.96eV;对于CO-WC吸附体系,CO最容易在WC（0001）面的顶位、（ 011 1）面的长桥位、（ 101 0）面的谷位吸附,吸附热则分别为1.64eV、2.90eV、3.51eV。吸附过程中伴有电子在CO分子和金属原子之间转移。吸附后,C-O键变弱,键长变长,Pt和WC表层原子对内部的库仑作用也被削弱,其布居数明显降低。根据态密度分析结果,在吸附过程中,当CO在吸附到Pt表面时,其4σ、1π、5σ、2π*轨道均参与成键;而当CO吸附到WC表面时,其吸附作用更为强烈,除了4σ,1π,5σ,2π*轨道参与成键外,CO分子的3σ低能量轨道也参与成键。对CO/O-WC共吸附体系的研究表明,CO分子在WC（0001）面上各个吸附位的吸附热差别很小,这意味着CO分子可以很容易地沿着WC的表面移动;而氧在WC（0001）面的最大吸附热达到了6.20eV,这说明氧一旦在WC（0001）面上发生吸附就很难移动。因此,CO在WC表面上的氧化过程可能是氧首先在WC（0001）面的hcp三重位吸附,然后CO分子吸附在WC（0001）面的其它位置,并移动到与氧距离较近的近顶位,与氧接触发生反应。有关WC电子结构的模拟计算结果在一定程度上解释了WC的催化特性。根据态密度计算结果,发现钨在形成碳化钨后,其电子结构与铂的很接近,且WC的d亚层与铂一样存在空轨道,有利于吸附CO,但WC d带的计算值比Pt要宽,这可能是WC的催化性能与Pt不完全相同的原因。