本文主要研究内容
作者吕俊兰（2019）在《甲醇在Fe/g-C3N4上分解和氧化反应机理的理论研究》一文中研究指出：考虑到环境能源问题和可持续发展战略,人们一直在不断寻找无污染、可替代的清洁能源。近年来,燃料电池是一个不错的选择。其中直接甲醇燃料电池因其优良特性被众多研究学者所青睐。它的燃料来源极其丰富,发生装置的启动温度比较低,反应生成的产物对环境的污染小,能量密度很高,因此直接甲醇燃料电池是一种高效的可再生能源。在直接甲醇燃料电池的阳极中,甲醇的氧化分解反应是十分重要的一步,而阳极反应的快慢取决于阳极催化剂的选择,因此我们必须要找到效率高、成本低且性质稳定的阳极催化剂。一直以来,铂催化剂是阳极催化材料的首选,但是它的储量很低,制作成本很高,这些缺点限制了甲醇燃料电池的商业化应用,而且反应生成的副产物CO稳定的存在于催化剂表面,抢先占据活性位点,催化剂表面很难继续进行其他反应,从而导致催化效率的降低。所以我们试图寻找纯铂原子的替代原子,例如,钯、金、铱、银等贵金属和铜、钴、镍等非贵金属。单原子的性能逐渐在催化领域得到很好的应用,例如在热催化、电催化和光催化等氧化还原反应中,单原子催化剂在许多氧化还原反应中都显著表现出不同于传统纳米催化剂的活性、选择性与稳定性。近几年单原子催化迅速成为催化领域的研究前沿。当单原子分散在载体上时,会带来很多特性,例如表面自由能的增加、量子尺寸效应、金属和载体之间不饱和的配位环境。负载单原子的载体一般为金属氧化物、石墨烯、纳米管等。经过多年的研究,我们发现类石墨烯结构在催化领域存在着很大的潜力。在本文中,我们设计了一种以石墨碳氮化物（g-C3N4）为载体,过渡金属铁原子为单原子催化剂的新型阳极催化剂Fe/g-C3N4。在电池装置的阳极催化层上,甲醇燃料和水反应生成二氧化碳、质子和电子,反应式为CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-。本文采用密度泛函理论研究甲醇在Fe/g-C3N4上的分解氧化反应机理,通过分析甲醇的断键方式,我们分别计算了O-H键和C-H键断开时的反应能垒,计算表明甲醇的第一步分解更倾向于O-H键的断裂。在整个分解反应过程中,首先甲醇分解脱氢生成CO,然后分解过程中产生的中间体被羟基氧化生成CO2。在计算过程中,我们讨论了稳定的吸附结构、甲醇及其中间体在Fe/g-C3N4上的吸附能、反应发生所需要的能垒、甲醇与基底的电子转移情况以及整个反应的势能面。通过对几何结构的分析,我们发现优化后的Fe/g-C3N4结构很稳定,而且在发生反应的过程中,甲醇分子和水分子会抢占Fe原子活性位点,O原子与Fe原子形成配位键,从而稳定的吸附在Fe/g-C3N4上。通过相关数据的分析,整个反应的催化循环反应能量降低,有利于反应的进行。对比甲醇在纯Pt和缺陷的石墨烯的分解和氧化过程,Fe/g-C3N4对甲醇分解的能垒略有降低,并且在氧化过程中,甲醇脱氢生成的中间体的反应能垒更低。研究结果表明Fe/g-C3N4对甲醇的分解和氧化具有好的催化性能,它实现了甲醇分子在催化剂上的逐步分解,将分解产物氧化,最终生成CO2,提高了阳极催化效率,为甲醇在Fe/g-C3N4的实验研究提供了理论依据,为甲醇燃料电池阳极催化剂的开发运用提供了新的想法。
Abstract
kao lv dao huan jing neng yuan wen ti he ke chi xu fa zhan zhan lve ,ren men yi zhi zai bu duan xun zhao mo wu ran 、ke ti dai de qing jie neng yuan 。jin nian lai ,ran liao dian chi shi yi ge bu cuo de shua ze 。ji zhong zhi jie jia chun ran liao dian chi yin ji you liang te xing bei zhong duo yan jiu xue zhe suo qing lai 。ta de ran liao lai yuan ji ji feng fu ,fa sheng zhuang zhi de qi dong wen du bi jiao di ,fan ying sheng cheng de chan wu dui huan jing de wu ran xiao ,neng liang mi du hen gao ,yin ci zhi jie jia chun ran liao dian chi shi yi chong gao xiao de ke zai sheng neng yuan 。zai zhi jie jia chun ran liao dian chi de yang ji zhong ,jia chun de yang hua fen jie fan ying shi shi fen chong yao de yi bu ,er yang ji fan ying de kuai man qu jue yu yang ji cui hua ji de shua ze ,yin ci wo men bi xu yao zhao dao xiao lv gao 、cheng ben di ju xing zhi wen ding de yang ji cui hua ji 。yi zhi yi lai ,bo cui hua ji shi yang ji cui hua cai liao de shou shua ,dan shi ta de chu liang hen di ,zhi zuo cheng ben hen gao ,zhe xie que dian xian zhi le jia chun ran liao dian chi de shang ye hua ying yong ,er ju fan ying sheng cheng de fu chan wu COwen ding de cun zai yu cui hua ji biao mian ,qiang xian zhan ju huo xing wei dian ,cui hua ji biao mian hen nan ji xu jin hang ji ta fan ying ,cong er dao zhi cui hua xiao lv de jiang di 。suo yi wo men shi tu xun zhao chun bo yuan zi de ti dai yuan zi ,li ru ,ba 、jin 、yi 、yin deng gui jin shu he tong 、gu 、nie deng fei gui jin shu 。chan yuan zi de xing neng zhu jian zai cui hua ling yu de dao hen hao de ying yong ,li ru zai re cui hua 、dian cui hua he guang cui hua deng yang hua hai yuan fan ying zhong ,chan yuan zi cui hua ji zai hu duo yang hua hai yuan fan ying zhong dou xian zhe biao xian chu bu tong yu chuan tong na mi cui hua ji de huo xing 、shua ze xing yu wen ding xing 。jin ji nian chan yuan zi cui hua xun su cheng wei cui hua ling yu de yan jiu qian yan 。dang chan yuan zi fen san zai zai ti shang shi ,hui dai lai hen duo te xing ,li ru biao mian zi you neng de zeng jia 、liang zi che cun xiao ying 、jin shu he zai ti zhi jian bu bao he de pei wei huan jing 。fu zai chan yuan zi de zai ti yi ban wei jin shu yang hua wu 、dan mo xi 、na mi guan deng 。jing guo duo nian de yan jiu ,wo men fa xian lei dan mo xi jie gou zai cui hua ling yu cun zai zhao hen da de qian li 。zai ben wen zhong ,wo men she ji le yi chong yi dan mo tan dan hua wu （g-C3N4）wei zai ti ,guo du jin shu tie yuan zi wei chan yuan zi cui hua ji de xin xing yang ji cui hua ji Fe/g-C3N4。zai dian chi zhuang zhi de yang ji cui hua ceng shang ,jia chun ran liao he shui fan ying sheng cheng er yang hua tan 、zhi zi he dian zi ,fan ying shi wei CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-。ben wen cai yong mi du fan han li lun yan jiu jia chun zai Fe/g-C3N4shang de fen jie yang hua fan ying ji li ,tong guo fen xi jia chun de duan jian fang shi ,wo men fen bie ji suan le O-Hjian he C-Hjian duan kai shi de fan ying neng lei ,ji suan biao ming jia chun de di yi bu fen jie geng qing xiang yu O-Hjian de duan lie 。zai zheng ge fen jie fan ying guo cheng zhong ,shou xian jia chun fen jie tuo qing sheng cheng CO,ran hou fen jie guo cheng zhong chan sheng de zhong jian ti bei qiang ji yang hua sheng cheng CO2。zai ji suan guo cheng zhong ,wo men tao lun le wen ding de xi fu jie gou 、jia chun ji ji zhong jian ti zai Fe/g-C3N4shang de xi fu neng 、fan ying fa sheng suo xu yao de neng lei 、jia chun yu ji de de dian zi zhuai yi qing kuang yi ji zheng ge fan ying de shi neng mian 。tong guo dui ji he jie gou de fen xi ,wo men fa xian you hua hou de Fe/g-C3N4jie gou hen wen ding ,er ju zai fa sheng fan ying de guo cheng zhong ,jia chun fen zi he shui fen zi hui qiang zhan Feyuan zi huo xing wei dian ,Oyuan zi yu Feyuan zi xing cheng pei wei jian ,cong er wen ding de xi fu zai Fe/g-C3N4shang 。tong guo xiang guan shu ju de fen xi ,zheng ge fan ying de cui hua xun huan fan ying neng liang jiang di ,you li yu fan ying de jin hang 。dui bi jia chun zai chun Pthe que xian de dan mo xi de fen jie he yang hua guo cheng ,Fe/g-C3N4dui jia chun fen jie de neng lei lve you jiang di ,bing ju zai yang hua guo cheng zhong ,jia chun tuo qing sheng cheng de zhong jian ti de fan ying neng lei geng di 。yan jiu jie guo biao ming Fe/g-C3N4dui jia chun de fen jie he yang hua ju you hao de cui hua xing neng ,ta shi xian le jia chun fen zi zai cui hua ji shang de zhu bu fen jie ,jiang fen jie chan wu yang hua ,zui zhong sheng cheng CO2,di gao le yang ji cui hua xiao lv ,wei jia chun zai Fe/g-C3N4de shi yan yan jiu di gong le li lun yi ju ,wei jia chun ran liao dian chi yang ji cui hua ji de kai fa yun yong di gong le xin de xiang fa 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自吉林大学的吕俊兰，发表于刊物吉林大学2019-06-25论文，是一篇关于直接甲醇燃料电池论文,铁催化剂论文,密度泛函理论论文,单原子催化论文,吉林大学2019-06-25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，资料来自吉林大学2019-06-25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。
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