低维碳负载金属团簇催化性能的研究

论文摘要

由于低维碳具有稳定的光学、电学、磁学等特性,这成为了很多研究领域的热点。低维碳负载金属的复合体在很多应用领域提供了独特的性质,比如生物传感器和复合体的催化剂。低维碳有机械稳定性和大的比表面积,因而作为催化剂载体具有很有应用前景。事实上,许多实验结果表明:相对于金属氧化物载体,低维碳负载贵金属或过渡金属,在一系列的反应中,具有更好的催化活性。因此,本论文研究了低维碳（碳纳米管和石墨烯）负载金属的复合材料的性质和应用。我们用了密度泛函计算方法,系统地研究了Pt和Au团簇在缺陷或完美碳纳米管上的粘附作用。在Pt团簇体系中,计算结果表明:Pt团簇在缺陷碳纳米管上的粘附能是其在完美碳纳米管上的粘附能3-4倍。在Au团簇体系中, Au团簇粘附在C原子空缺位。通过态密度分析解释了点缺陷增强Pt或Au团簇与碳纳米管的相互作用机理;Pt或Au原子与碳原子具有更强的杂化作用,说明了金属与缺陷碳纳米管之间,有较多的电荷转移,这也解释了Pt和Au团簇与缺陷碳纳米管有很强的相互作用。我们,通过密度泛函方法,研究发现B、N掺杂可以调控贵金属（Au、Ag和Pt）单体与碳纳米管上的相互作用。但是,调控机理很强地依赖于掺杂元素及金属的类型。通过金属-B的离子键相互作用,B掺杂增强了Au、Ag与碳纳米管的相互作用。由于金属与多电子N掺杂碳纳米管的碳原子所形成的共价键强于金属与完美碳纳米管的碳原子所形成的共价键,N掺杂增强了金属与掺杂碳纳米管的相互作用。我们研究了Pd/CNTs催化剂和Pd/ACs催化剂在苯乙酮的氢化反应中的选择性的不同。并且基于密度泛函计算结果,不同吸附模型解释了, Pd/CNTs催化剂和Pd/ACs催化剂对于加氢反应中具有明显不同的选择性。我们研究表明:Al或Ga掺杂能有效提高N2O与石墨烯的相互作用;并且,垂直电场能促进N2O在Al或Ga掺杂石墨烯上的解离。而且,在强度适中的电场中,N2O在Al掺杂石墨烯上,能容易被解离成N2和O2。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 碳纳米材料
• 1.3 碳纳米管
• 1.3.1 碳纳米管的发现及种类
• 1.3.2 碳纳米管的制备方法
• 1.3.3 碳纳米管的性能
• 1.3.4 修饰碳纳米管（B 掺杂和N 掺杂）
• 1.3.5 负载金属纳米颗粒的碳纳米管在催化中的应用
• 1.4 石墨烯
• 1.4.1 石墨烯的发现及性质
• 1.4.2 石墨烯的制备方法
• 1.4.3 石墨烯的应用
• 1.5 本论文研究思路和主体内容
• 参考文献
• 第二章 理论背景及计算方法
• 2.1 计算模拟在化学研究中的应用
• 2.2 电子态计算的基本近似
• 2.2.1 非相对论近似
• 2.2.2 绝热近似（Born-Oppenheimer）
• 2.2.3 轨道近似（Hartree-Fock 近似）
• 2.3 密度泛函
• 2.3.1 Thomas-Fermi 模型
• 2.3.2 Hohenberg-Kohn 定理
• 2.3.3 Kohn-Sham Rule
• 2.4 计算软件
• 参考文献
• 第三章 点缺陷调控Pt 团簇在碳纳米管上的间相互作用
• 3.1 引言
• 3.2 计算细节
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 缺陷碳纳米管与Au 团簇的相互作用
• 4.1 引言
• 4.2 计算细节
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 B，N 掺杂碳纳米管与Au，Ag，Pt 金属单体的相互作用
• 5.1 引言
• 5.2 计算细节
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 在不同碳载体（碳纳米管和活性碳）负载Pd 团簇催化剂下的苯乙酮的加氢反应
• 6.1 引言
• 6.2 计算细节
• 6.3 结果和讨论
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 20 在石墨烯上的吸附和解离的增强作用'>第七章 Al 掺杂使N₂0 在石墨烯上的吸附和解离的增强作用
• 7.1 引言
• 7.2 计算细节
• 7.3 结果与讨论
• 7.4 本章小结
• 参考文献
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录