本文主要研究内容
作者陈玉刚（2019）在《微孔捕获和氮掺杂锚定协同构建单原子催化剂的理论研究》一文中研究指出：单原子催化剂(SACs)作为负载型催化剂的极限,可对贵金属资源做到原子经济的利用,还会带来与金属纳米颗粒大不同的催化活性和产物分布选择性,是近年来研究的前沿热点。但是目前单原子催化剂的制备方法还较为复杂,需要特殊设备、价格高昂的反应前驱物,且制备和使用过程中易造成金属单原子团聚形成团簇,不易于得到均匀分布的单原子。因此,如何方便获得稳定高活性的单原子催化剂成为了该领域的挑战。最近,本课题组实验发现氮掺杂碳基纳米笼(hNCNC)在氯铂酸溶液中简单浸渍-烘干就可得到高载量Pt单原子催化剂,在氢析出反应测试中展现出创纪录的高活性和非凡的稳定性,远优于商业Pt/C催化剂。该实验结果预示着一种全新的单原子催化剂的形成机制以及稳定性提升方式,极具理论深入研究的价值。基于上述实验结果,本文针对Pt单原子的制备形成机理及氢析出稳定性机制,采用密度泛函理论方法,系统研究了多层石墨烯载体上微孔和边缘缺陷对金属配位阴离子的捕获能力以及氢析出过程的失活机制,取得了以下重要进展:1.采用密度泛函理论方法,研究了碳基纳米笼表面丰富的6A大小的微孔和掺杂氮在Pt单原子生成过程中的重要作用。理论研究发现在酸性溶液中,碳基纳米笼微孔边缘的吡啶氮会被质子化,通过静电力和范德华作用捕获[PtCl6]2-阴离子形成稳定离子盐结构,可在后续的烘干脱氯过程中很好地维持单原子状态,从而最终在孔边的杂原子氮上形成孤立的Pt单原子。N掺杂的锚定作用还会使Pt单原子不易发生团聚或流失。2.还进一步深入研究了氮掺杂碳基纳米笼Pt单原子催化剂高析氢稳定性的原因:在析氢过程中存在两个竞争过程,即Pt对碳基载体的加氢和氢析出,对载体加氢会破坏Pt与碳基载体间的锚定作用,导致Pt原子更易扩散而团聚成纳米团簇或颗粒;而氮掺杂可明显改变这两个竞争反应的自由能变化,使得氢析出的反应路径在热力学上更加有利。即在纯碳载体上Pt单原子在氢析出过程中会对Pt-C键中的C加氢而使Pt脱落,而Pt-N键具有强的相互作用则不易发生此过程。因此氮掺杂材料氮原子的锚定可抑制Pt位点对载体加氢,由此带来了优异的析氢稳定性。3.本文还对“微孔捕获和氮掺杂锚定协同作用”制备单原子催化剂策略的普适性进行了研究,理论探究了微孔孔径及金属配位阴离子尺寸对捕获效果的影响。计算了5种尺寸和构型差异较大的金属配位阴离子:[AgCl2]-、[AuC14]-、[PtC16]2-、[Ni(CN)4]2-、[Fe(SCN)6]3-分别在孔径为2A、4A、6A、6-10A、10A和14A大小的多层氮掺杂石墨烯微孔结构中和边缘Zigzag缺陷处被捕获的情况。通过计算结果发现了“相近大小捕获最佳”的规律,即石墨烯微孔更容易捕获与其尺寸相近的离子,且掺杂氮后的微孔能更好地捕获金属配位阴离子。从而提出了一种简单而普适的策略,即通过调氮掺杂控碳材料上微孔的尺寸,利用微孔捕获和氮掺杂锚定的协同作用,产生对目标金属配位阴离子最佳的吸附捕获能力,获得稳定离子盐结构,在后续的烘干处理过程后即可方便制备各种不同的金属单原子催化剂。
Abstract
chan yuan zi cui hua ji (SACs)zuo wei fu zai xing cui hua ji de ji xian ,ke dui gui jin shu zi yuan zuo dao yuan zi jing ji de li yong ,hai hui dai lai yu jin shu na mi ke li da bu tong de cui hua huo xing he chan wu fen bu shua ze xing ,shi jin nian lai yan jiu de qian yan re dian 。dan shi mu qian chan yuan zi cui hua ji de zhi bei fang fa hai jiao wei fu za ,xu yao te shu she bei 、jia ge gao ang de fan ying qian qu wu ,ju zhi bei he shi yong guo cheng zhong yi zao cheng jin shu chan yuan zi tuan ju xing cheng tuan cu ,bu yi yu de dao jun yun fen bu de chan yuan zi 。yin ci ,ru he fang bian huo de wen ding gao huo xing de chan yuan zi cui hua ji cheng wei le gai ling yu de tiao zhan 。zui jin ,ben ke ti zu shi yan fa xian dan can za tan ji na mi long (hNCNC)zai lv bo suan rong ye zhong jian chan jin zi -hong gan jiu ke de dao gao zai liang Ptchan yuan zi cui hua ji ,zai qing xi chu fan ying ce shi zhong zhan xian chu chuang ji lu de gao huo xing he fei fan de wen ding xing ,yuan you yu shang ye Pt/Ccui hua ji 。gai shi yan jie guo yu shi zhao yi chong quan xin de chan yuan zi cui hua ji de xing cheng ji zhi yi ji wen ding xing di sheng fang shi ,ji ju li lun shen ru yan jiu de jia zhi 。ji yu shang shu shi yan jie guo ,ben wen zhen dui Ptchan yuan zi de zhi bei xing cheng ji li ji qing xi chu wen ding xing ji zhi ,cai yong mi du fan han li lun fang fa ,ji tong yan jiu le duo ceng dan mo xi zai ti shang wei kong he bian yuan que xian dui jin shu pei wei yin li zi de bu huo neng li yi ji qing xi chu guo cheng de shi huo ji zhi ,qu de le yi xia chong yao jin zhan :1.cai yong mi du fan han li lun fang fa ,yan jiu le tan ji na mi long biao mian feng fu de 6Ada xiao de wei kong he can za dan zai Ptchan yuan zi sheng cheng guo cheng zhong de chong yao zuo yong 。li lun yan jiu fa xian zai suan xing rong ye zhong ,tan ji na mi long wei kong bian yuan de bi ding dan hui bei zhi zi hua ,tong guo jing dian li he fan de hua zuo yong bu huo [PtCl6]2-yin li zi xing cheng wen ding li zi yan jie gou ,ke zai hou xu de hong gan tuo lv guo cheng zhong hen hao de wei chi chan yuan zi zhuang tai ,cong er zui zhong zai kong bian de za yuan zi dan shang xing cheng gu li de Ptchan yuan zi 。Ncan za de mao ding zuo yong hai hui shi Ptchan yuan zi bu yi fa sheng tuan ju huo liu shi 。2.hai jin yi bu shen ru yan jiu le dan can za tan ji na mi long Ptchan yuan zi cui hua ji gao xi qing wen ding xing de yuan yin :zai xi qing guo cheng zhong cun zai liang ge jing zheng guo cheng ,ji Ptdui tan ji zai ti de jia qing he qing xi chu ,dui zai ti jia qing hui po huai Ptyu tan ji zai ti jian de mao ding zuo yong ,dao zhi Ptyuan zi geng yi kuo san er tuan ju cheng na mi tuan cu huo ke li ;er dan can za ke ming xian gai bian zhe liang ge jing zheng fan ying de zi you neng bian hua ,shi de qing xi chu de fan ying lu jing zai re li xue shang geng jia you li 。ji zai chun tan zai ti shang Ptchan yuan zi zai qing xi chu guo cheng zhong hui dui Pt-Cjian zhong de Cjia qing er shi Pttuo la ,er Pt-Njian ju you jiang de xiang hu zuo yong ze bu yi fa sheng ci guo cheng 。yin ci dan can za cai liao dan yuan zi de mao ding ke yi zhi Ptwei dian dui zai ti jia qing ,you ci dai lai le you yi de xi qing wen ding xing 。3.ben wen hai dui “wei kong bu huo he dan can za mao ding xie tong zuo yong ”zhi bei chan yuan zi cui hua ji ce lve de pu kuo xing jin hang le yan jiu ,li lun tan jiu le wei kong kong jing ji jin shu pei wei yin li zi che cun dui bu huo xiao guo de ying xiang 。ji suan le 5chong che cun he gou xing cha yi jiao da de jin shu pei wei yin li zi :[AgCl2]-、[AuC14]-、[PtC16]2-、[Ni(CN)4]2-、[Fe(SCN)6]3-fen bie zai kong jing wei 2A、4A、6A、6-10A、10Ahe 14Ada xiao de duo ceng dan can za dan mo xi wei kong jie gou zhong he bian yuan Zigzagque xian chu bei bu huo de qing kuang 。tong guo ji suan jie guo fa xian le “xiang jin da xiao bu huo zui jia ”de gui lv ,ji dan mo xi wei kong geng rong yi bu huo yu ji che cun xiang jin de li zi ,ju can za dan hou de wei kong neng geng hao de bu huo jin shu pei wei yin li zi 。cong er di chu le yi chong jian chan er pu kuo de ce lve ,ji tong guo diao dan can za kong tan cai liao shang wei kong de che cun ,li yong wei kong bu huo he dan can za mao ding de xie tong zuo yong ,chan sheng dui mu biao jin shu pei wei yin li zi zui jia de xi fu bu huo neng li ,huo de wen ding li zi yan jie gou ,zai hou xu de hong gan chu li guo cheng hou ji ke fang bian zhi bei ge chong bu tong de jin shu chan yuan zi cui hua ji 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自南京大学的陈玉刚，发表于刊物南京大学2019-07-02论文，是一篇关于单原子催化剂论文,碳基纳米笼论文,微孔捕获论文,氮掺杂论文,金属配位阴离子论文,南京大学2019-07-02论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自南京大学2019-07-02论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：单原子催化剂论文; 碳基纳米笼论文; 微孔捕获论文; 氮掺杂论文; 金属配位阴离子论文; 南京大学2019-07-02论文;