鎳基合金催化劑抗積碳機(jī)理的第一性原理研究.pdf

1、尋找無(wú)污染和可再生的能源是我們目前面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。在眾多的清潔能量轉(zhuǎn)換裝置中，固體氧化物燃料電池(SOFC)因其能量轉(zhuǎn)化效率高、低污染和燃料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的廣泛關(guān)注。它的成功應(yīng)用可以解決我們目前所面臨的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題。但是在實(shí)際應(yīng)用中仍需要克服一些不足。例如，當(dāng)碳?xì)浠衔镒鳛槿剂蠒r(shí)，催化劑表面會(huì)形成積碳，它們阻塞了催化劑的反應(yīng)活性位，使得催化劑催化鈍化。這種嚴(yán)重的催化鈍化已成為阻礙SOFC商業(yè)化發(fā)展的瓶頸。

2、　　本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了鎳基雙金屬—Ni/M(M=Au，Ag，Cu)催化劑表面，包括甲烷(CH4)解離，水(H2O)解離，次甲基(CH)氧化為甲酸基(CHO)，以及CHO脫氫成為一氧化碳(CO)在內(nèi)的甲烷水汽重整（SRM）過(guò)程中的主要反應(yīng)。研究的目的是希望找出鎳基雙金屬催化劑抗積碳的原因以及找到一種具有抗積碳性能同時(shí)保持對(duì)SRM有很好催化活性的理想催化劑。主要研究工作及結(jié)果如下:
　　1.研究了幣族金屬摻

3、雜的鎳(111)面上甲烷的連續(xù)脫氫和最主要的含碳物種（次甲基）的擴(kuò)散過(guò)程。研究結(jié)果表明，盡管幣族金屬摻雜后的鎳金屬可以在一定程度上影響甲烷的連續(xù)脫氫，但是合金表面主要的抗積碳原因是CH較大的擴(kuò)散勢(shì)壘和較少的適合含碳物種CHx的活性吸附反應(yīng)位。以上研究結(jié)果為設(shè)計(jì)出新的高抗積碳性能催化劑提供了理論指導(dǎo)。
　　2.研究了摻雜對(duì)甲烷水汽重整中主要反應(yīng)的催化活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，幣族金屬摻雜對(duì)水的兩步脫氫影響較小，并且水的解離勢(shì)壘和OH-H