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氧化锌纳米管分解H2S，H2O制氢的密度泛函理论研究

2020-12-16阅读(558)

氧化锌纳米管分解H2S，H2O制氢的密度泛函理论研究

论文摘要

作为一种宽禁带直接半导体,氧化锌在很多领域具有广泛的应用前景。尤其是金属氧化物（包括氧化锌）纳米管具有孔结构和较高比表面积,因此活性组分可以比较均匀的分布在金属氧化物纳米管表面上,负载在纳米管的内部,这会导致催化剂具有一些独特的性质。我们研究了钯（Pd）纳米团簇在ZnO （5, 5） SWNTs外的粘附,三种小分子气体（O2, H2和CO）在完美的ZnO （5, 5）, Pd/ZnO SWNTs上的吸附几何性质,并以O2的吸附为例讨论了其电子性质。Pdn（n=1-6）纳米团簇粘附在ZnO （5, 5）的纳米管上主要通过Pd-O键的相互作用。Pd单体在氧化锌外部和内部具有相同的粘附性质。三种小分子气体吸附在完美的氧化锌纳米管内部和外部的吸附能是相似的。当氧气吸附在负载了Pd1氧化锌内部时,不仅仅氧气的吸附能增大了0.16 eV而且吸附位置由在Pd1/ZnO SWNTs体系外面时的顶位变为桥位。我们用密度泛函理论研究了硫化氢（H2S）及产物水在ZnO纳米管和ZnO- ZnS纳米管上的吸附和反应以及S, HS,和H的吸附机理。H2S, HS, S和H分别吸附在Zn的顶位上, Zn-Zn的桥为上,Zn-O的桥位上和O位上。用NEB的方法描绘了H2O在ZnO- ZnS纳米管上的是可能的反应路径势能图。在完美的氧化锌纳米管上生成水需要的反应能垒为40.56 kcal/mol,而在氧化锌-硫化锌纳米管上则只需要14.45kcal/mol。在完美的氧化锌纳米管上生成氢气需要的反应能能垒为88.65 kcal/mol,比在纳米管异质结上的反应能能垒小4.58 kcal/mol。水在纳米管异质结上的解离过程中,水中的氧穿过纳米管,在异质结纳米管内部形成氧气。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 纳米材料
  • 1.2 纳米材料的性质和应用
  • 1.3 一维氧化锌纳米材料
  • 1.4 一维氧化锌纳米管的制备方法
  • 1.4.1 模板生长法
  • 1.4.2 电化学沉积法
  • 1.4.3 气相沉淀法
  • 1.4.4 溶液合成法
  • 1.5 一维氧化锌纳米材料的应用
  • 1.6 一维氧化锌纳米材料的研究进展
  • 1.6.1 钯纳米团簇
  • 1.6.2 气体分子在钯的和氧化锌上吸附性质
  • 1.6.3 硫化氢分子的吸附以及化学反应
  • 1.7 研究目的和内容结构
  • 1.7.1 研究目的
  • 1.7.2 研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 密度泛函理论
  • 2.1 第一性原理
  • 2.2 密度泛函理论
  • 2.2.1 Hartree-Fook近似
  • 2.2.2 Hohenber—Kohn定理
  • 2.2.3 Kohn-Sham（K-S）方程
  • 2.3 态密度和带能
  • 2.4 几个DFT计算方法中处理交换.相关项的近似方案
  • 2.4.1 局域密度近似（the local-Density Approximatin，LDA）
  • 2.4.2 梯度矫正法（Gradient Corrected Methods）
  • 2.4.3 杂化方法
  • 参考文献
  • 第三章 氧化锌纳米管吸附小分子气体的密度泛函研究
  • 3.1 前言
  • 3.2 计算模型
  • 3.3 计算结果与分析
  • 1.6团簇在ZnO（5，5）的纳米管上的粘附性质'>3.3.1 Pd1.6团簇在ZnO（5，5）的纳米管上的粘附性质
  • 2,H2和CO）在ZnO（5，5）的纳米管上的吸附性质'>3.3.2 小分子气体（O2,H2和CO）在ZnO（5，5）的纳米管上的吸附性质
  • 2）在ZnO（5，5）的纳米管上的吸附性质'>3.3.3 小分子气体（O2）在ZnO（5，5）的纳米管上的吸附性质
  • 3.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 氧化锌纳米管分解H2S,H20制氢
  • 4.1 前言
  • 4.2 计算模型
  • 2S，HS，S和H在完美的氧化锌纳米管上的吸附'>4.3 H2S，HS，S和H在完美的氧化锌纳米管上的吸附
  • S在完美的以及氢化的氧化锌纳米管上的吸附'>4.3.1 HS在完美的以及氢化的氧化锌纳米管上的吸附
  • 4 3 2 HS，S和H在完美的氧化锌纳米管上的吸附
  • 2S在完美的氧化锌上的解离过程的反应机理'>4.3.3 H2S在完美的氧化锌上的解离过程的反应机理
  • 2S，HS，S和H在硫化1/4 的氧化锌纳米管上的吸附'>4 4 H2S，HS，S和H在硫化1/4 的氧化锌纳米管上的吸附
  • 2S在硫化1/4 的氧化锌纳米管上的吸附'>4.4.1 H2S在硫化1/4 的氧化锌纳米管上的吸附
  • 4.4.2 HS，S和H在硫化1/4 的氧化锌纳米管上
  • 2S在氧化锌.硫化锌上的解离过程的反应机理'>4.4.3 H2S在氧化锌.硫化锌上的解离过程的反应机理
  • 2O分子在氧化锌.硫化锌纳米管上解离生成氢气'>4.5 H2O分子在氧化锌.硫化锌纳米管上解离生成氢气
  • 4.5.1 第一个水分子在氧化锌.硫化锌纳米管上解离反应机理
  • 4.5.2 第二个水分子在氧化锌.硫化锌纳米管上解离反应机理
  • 4.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第5章 总结与展望
  • 5.1 总结
  • 5.2 展望
  • 攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录
  • 致谢

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