Pd-CO体系的分子势能函数及CO在Pd表面的吸附结构

论文摘要

氢（同位素）的纯化与分离、氢能源利用技术中高纯氢的提取、工业生产中氢的分离与回收，对开发清洁的氢能源具有重要意义。钯由于具有渗氢并能使其纯化的特征，广泛应用于提取，纯化和分离氢。实验报道在钯合金膜提纯氢的过程中一氧化碳对合金膜有毒化作用，研究表明，在钯合金膜渗氢的过程中，一氧化碳的存在会减小渗氢的速率。一氧化碳的毒化作用随着其量的增加而加剧。因此，研究一氧化碳在钯表面吸附的电子结构以及一氧化碳与钯相互作用的势能函数对于了解一氧化碳与钯表面吸附的机理以及动力学具有重要意义，进而对于探索合金抗中毒的方法提供基础。本文用密度泛函理论的B3LYP方法，对钯原子采用LANL2DZ相对论有效势（RECP）和收缩价基函数，碳原子和氧原子采用AUG-cc-pVTZ基组，对PdC、PdO和PdCO体系的结构进行优化。由微观过程的可逆性原理分析了分子的可能的离解极限，并用多体展式理论导出基态PdCO分子的势能函数，其等势面图准确地再现了PdCO分子的结构特征和离解能，由此讨论了Pd+CO，PdC+O，PdO+C分子反应的势能面静态特征。在本文的研究中，我们首先采用基于DFT的平面波计算方法对两种不同取向的一氧化碳在（2×2）Pd（111）表面上的元胞吸附进行了研究。计算结果表明，CO分子碳端和氧端靠近Pd（111）面的吸附能分别为-1．75 eV，-0．28 eV，碳端吸附的结构比氧端吸附能力强。因此，分子取向影响CO在Pd（111）面上的吸附，通过控制CO的取向可能减小Pd（111）的吸附进而减弱Pd（111）面CO分子的中毒。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 参考文献
• 2 分子结构的理论基础
• 2.1 原子分子反应静力学基本原理
• 2.1.1 原子分子反应静力学的基本要点
• 2.1.2 原子和分子的对称性原理
• 2.1.3 分子的电子状态的构造原理
• 2.2 分子结构的量子力学计算方法
• 2.2.1 Born-Oppenheimer近似
• 2.2.2 密度泛函理论
• 2.2.3 有效原子实势（ECP）与相对论有效原子实势（RECP）
• 参考文献
• 3 PdC、PdO和PdCO分子的结构与分析势能函数
• 3.1 PdC分子的势能函数
• 3.1.1 双原子分子势能函数的性质
• 3.1.2 双原子分子势能函数的形式
• 3.1.3 PdC、PdO分子的电子状态与势能函数
• 3.2 PdCO分子的结构与势能函数
• 3.2.1 多原子分子势能函数的形式
• 3.2.2 势能面的几何图形表示法和特征
• 3.2.3 多体项展式理论方法
• 3.2.4 PdCO分子的势能函数
• 3.3 小结
• 参考文献
• 4. 表面吸附第一性原理理论与计算方法
• 4.1 密度泛函理论
• 4.1.1 Hohenberg-Kohn定理
• 4.1.2 局域密度近似
• 4.1.3 广义梯度近似
• 4.2 能带理论
• 4.3 赝势平面波方法
• 4.3.1 赝势的导出
• 4.3.2 赝势的基本性质
• 4.4.3 平面波表象
• 4.4 表面吸附模型
• 参考文献
• 5. 一氧化碳在Pd（111）面吸附的第一性原理研究
• 5.1 引言
• 5.2 计算方法和模型
• 5.3 计算结果与讨论
• 5.3.1 吸附结构
• 5.3.2 电子密度
• 5.3.2 态密度
• 5.4 小结
• 参考文献
• 6 结论
• 在校期间发表的文章
• 致谢