论文摘要
CaO作为一种重要的功能材料,被广泛的应用于多相催化剂、吸附剂、耐火材料和涂料中的添加剂等。为了深入了解CaO作为二氧化碳吸附剂材料的微观机理,本论文采用密度泛函理论研究方法和平板模型,对CaO（001）和（110）完整表面及其六种不同类型缺陷表面的构型、电子结构以及CO2分子在这些表面的吸附情况进行了系统研究,并选取基于第一性原理的分子动力学和量子力学相结合的方法,系统地考察了九种不同覆盖度下CO2在CaO（001）完整表面的吸附构型和电子结构,并对最稳定吸附构型的高分辨率电子能量损失谱进行了模拟。对一系列碱土金属氧化物（001）完整表面的研究结果表明,金属离子的尺寸对CO2的吸附构型有显著影响,对于CaO、SrO和BaO（001）表面,C02仅通过形成一根C-O键吸附在表面上,但在MgO（001）表面,除了C-O外,还形成两根Mg-O吸附键。对于CaO（110）完整表面,其表面特殊的拓扑结构,导致吸附后CO2中的两个O原子也可与邻近的两个表层Ca成键。CO2分子与上述完整表面的结合强度顺序为CaO（110）> BaO（001）> SrO（001）> CaO（001）> MgO（001）。对于CaO（001）和（110）六种缺陷表面,除点缺陷表面外,CO2均是通过C原子和氧原子分别与缺陷处的O原子和周围Ca原子形成C-O和Ca-O吸附键。对于同一类型表面,CO2优先结合在点缺陷位,其次是台阶边缘处,最后才是在角位。值得注意的是,从热力学角度上看,对于CaO（001）表面,缺陷的出现有助于增强表面对CO分子的结合能力；但CaO（110）表面则反之,表面缺陷的出现反而不利于对CO分子的吸附。此外,在电子结构方面,除了（110）台阶缺陷表面外,吸附CO后其他缺陷表面的缺陷态均部分或完全消失。通过对不同覆盖度下CO2分子在CaO（001）完整表面最稳定吸附构型的分析可知,当覆盖度较低时（≤1/3 ML）,CO2分子倾向于采用互相平行的方式吸附在表层相邻的氧原子上,此时仅形成C-O吸附键,吸附后表面构型未发生明显变化；对于中等覆盖度（4/9 ML～7/9 ML）,因Ca-O吸附键的形成,表面部分Ca和O原子可从表层脱离出来；在高覆盖度情况下（≥8/9ML）, CO2可进一步渗透到表面下方,与次表层原子成键。因此,CaO表面形成碳酸钙的过程可以继续往体相方向进行,最终形成实验上所观测到的CaCO3层状结构。由平均吸附能的计算结果可知,随着覆盖度的增加,平均吸附能存在着先减小后增大的变化趋势。
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中文摘要Abstract第一章 前言1.1 氧化钙的特性及应用1.2 氧化钙材料的制备方法1.2.1 石灰石煅烧法1.2.2 酸法生成氧化钙1.2.3 碳酸钙煅烧法1.3 吸附物质的研究情况2的吸附'>1.3.1 NO和NO2的吸附2的吸附'>1.3.2 SO2的吸附1.3.3 金属的吸附1.4 二氧化碳捕获材料1.5 二氧化碳的应用前景1.6 本论文研究目的第二章 二氧化碳分子在不同类型碱土金属氧化物完整表面的吸附构型与电子结构2.1 引言2.2 计算方法和模型2在CaO（001）和（110）完整表面上的吸附'>2.3 CO2在CaO（001）和（110）完整表面上的吸附2.3.1 CaO体相的电子结构2.3.2 CaO（001）和（110）清洁表面2.3.3 C02分子在CaO（001）和（110）完整表面的吸附2分子在CaO（001）表面的吸附'>2.3.3.1 CO2分子在CaO（001）表面的吸附2分子在CaO（110）表面的吸附'>2.3.3.2 CO2分子在CaO（110）表面的吸附2在其他碱土金属氧化物（001）表面上的吸附'>2.4 CO2在其他碱土金属氧化物（001）表面上的吸附2.4.1 MO（001）清洁表面构型2分子在碱土金属氧化物（001）表面的吸附'>2.4.2 CO2分子在碱土金属氧化物（001）表面的吸附2.5 本章小结第三章 二氧化碳分子在不同类型CaO缺陷表面的吸附构型和电子结构3.1 引言3.2 计算方法和模型3.3 不同类型CaO清洁缺陷表面的构型和电子结构2分子在不同类型CaO缺陷表面的吸附'>3.4 CO2分子在不同类型CaO缺陷表面的吸附3.4.1 吸附构型2分子吸附后的电子结构'>3.4.2 CO2分子吸附后的电子结构3.5 本章小结第四章 不同覆盖度下二氧化碳分子在CaO（001）完整表面的吸附构型4.1 引言4.2 计算方法和模型2在CaO（001）表面的稳定吸附构型'>4.3 不同覆盖度下CO2在CaO（001）表面的稳定吸附构型2在CaO（001）表面的从头算分子动力学模拟'>4.3.1 CO2在CaO（001）表面的从头算分子动力学模拟2在CaO（001）表面的最稳定吸附构型'>4.3.2 不同覆盖度下CO2在CaO（001）表面的最稳定吸附构型4.4 不同覆盖度下最稳定吸附构型的高分辨电子能量损失谱（HREELS）模拟4.5 不同覆盖度下最稳定吸附构型的热力学稳定性4.6 本章小结第五章 总结2分子在不同类型碱土金属氧化物完整表面的吸附'>5.1 CO2分子在不同类型碱土金属氧化物完整表面的吸附5.2 C02分子在不同类型CaO缺陷表面的吸附2分子在CaO（001）完整表面的吸附'>5.3 不同覆盖度下CO2分子在CaO（001）完整表面的吸附参考文献致谢个人简历在读期间已发表和录用的论文
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标签：氧化钙表面论文; 二氧化碳吸附论文; 密度泛函理论论文; 表面缺陷论文;
