甲烷高溫燃燒催化劑表面吸附機(jī)理研究.pdf

1、本論文應(yīng)用量子化學(xué)理論詳細(xì)研究了清潔能源天然氣(主要成分甲烷)的高溫催化燃燒機(jī)理。重點(diǎn)研究不同鈣鈦礦(ABO3)表面結(jié)構(gòu)對高溫催化燃燒的影響，并對不同濃度鑭摻雜鈣鈦礦催化劑的催化性能進(jìn)行了預(yù)測。
　　 我們在第一性原理水平應(yīng)用密度泛函理論對周期性結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，在DFT-GGA框架下用真空表面模型分析CH1和O2與一系列鈣鈦礦表面吸附及相互作用的電子結(jié)構(gòu)及作剛機(jī)理。首先對鈣鈦礦的表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對表面能量及電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，

2、表面結(jié)構(gòu)計算結(jié)果顯示，電荷在表面發(fā)生了重新分配，能量計算表明BaZrO3的(001)面比(011)、(111)面能量低，是穩(wěn)定的表面。第二，研究CH1和O2在穩(wěn)定表面不同位點(diǎn)的吸附行為，探討不同的A位、B位鈣鈦礦離子對CH1和O2吸附的影響，并對吸附結(jié)果進(jìn)行布居數(shù)和態(tài)密度分析，結(jié)果表明B位為CH1和O2的最佳吸附位，通過對比CH1和O2在不同鈣鈦礦(BaZrO3、BaCeO3、BaCoO3、LaCoO3)表面的吸附行為，可知：A位離子的

3、不同，可以調(diào)節(jié)B位離子的電荷，從而影響CH1和O2在表面的吸附。各催化劑的催化甲烷燃燒活性順序為LaCoO3>BaZrO3>BaCeO3>BaCoO3.與文獻(xiàn)結(jié)果一致。由于催化燃燒反應(yīng)氣體吸附是燃燒的關(guān)鍵一步，由此我們可以推斷：催化燃燒過程中催化劑表面吸附的O2是主要氧化劑，能對CH4和O2有較強(qiáng)吸附作用的催化劑(如LaCoO3)是催化甲烷燃燒反應(yīng)的較好催化劑。第三，對鑭不同濃度摻雜鈣鈦礦BaZrO3的構(gòu)型進(jìn)行計算，并通過分析電子態(tài)密度