水和氨分子在FCC鈷表面吸附和解離的理論研究.pdf

1、能源問題一直是人類關(guān)注的重點問題，費托合成反應(yīng)是生產(chǎn)清潔能源的一種重要工業(yè)途徑。過渡金屬鈷催化劑由于具有活性高、水煤氣轉(zhuǎn)化率低和高烴產(chǎn)物選擇性高等優(yōu)點，而被作為工業(yè)上費托合成反應(yīng)中的一種常用催化劑?，F(xiàn)有研究表明，費托合成反應(yīng)中的副產(chǎn)物水以及反應(yīng)合成氣中的一些雜質(zhì)氣體能夠使鈷催化劑中毒失活，然而它們致催化劑鈷失活的原因仍待探究。本文基于密度泛函理論的第一性原理方法，通過對水和氨分子在鈷金屬表面上的吸附性質(zhì)與解離過程的計算模擬，闡述了它們致

2、鈷催化劑表面失活的微觀機理。通過對計算結(jié)果進(jìn)行分析，在以下方面獲得了重要的研究成果:
　　1)水分子傾向于吸附在鈷表面的頂位，且吸附較弱容易從表面脫吸附。在水分子的兩步脫氫反應(yīng)中，水分子的解離勢壘低于羥基的解離勢壘。表面上氧原子的存在能增強水分子與鈷表面的吸附強度，并且能夠促進(jìn)水分子在鈷表面上的第一步脫氫反應(yīng)，在Co(110)表面上這種促進(jìn)作用最為明顯。但是氧原子的存在對羥基在鈷表面上的解離并沒有促進(jìn)作用。在鈷表面上，羥基的存在對

3、水分子的解離有輕微的抑制作用。水分子解離產(chǎn)生的羥基可能是使鈷催化劑失活的原因。計算結(jié)果也表明水分子與鈷表面的作用具有結(jié)構(gòu)敏感性。
　　2)對于NHx(x=0-3），隨著氫原子數(shù)目的逐漸減少，其與鈷表面上的吸附強度逐漸增大。鈷表面上氧原子的存在不改變NHx(x=0-3)的最穩(wěn)定吸附位置，但是對吸附能有一定的影響。在不同的鈷表面上，氧原子的存在對氨氣分子的脫氫反應(yīng)有不同的影響。在Co(110)表面上，氧原子的存在對氨氣分子的每一步脫氫