甲醇、甲胺和乙醇胺在Cu(110)表面吸附的理论研究

摘要

近年来，对过渡金属表面上的吸附研究已经成为表面化学领域的一个研究热点。关于无机小分子、原子、自由基和有机分子等在Cu(110)表面上的吸附分解反应的研究也越来越受到实验和理论化学家们的广泛关注。但是实验上对于这些研究只能测出一些可能的分解产物，却无法了解它们的具体吸附状态。我们从理论上研究这些微粒的吸附状态能指导实验上的相关反应，有助于实验上更好的研究他们在过渡金属表面上的反应。本论文采用了密度泛函理论(DFT)和周期性平板模型相结合的方法，系统地探讨了甲醇、甲胺和乙醇胺在Cu(110)表面的吸附情况。通过对它们在Cu(110)表面的构型优化的计算，着重讨论了他们的吸附能和稳定性，为深入理解这些表面反应提供了有力的理论依据，为实验化学家提供了宝贵的理论支持。主要的研究内容如下：
　　 一、考察了甲醇分子及其脱氢分解产物在Cu(110)表面的可能的吸附方式，通过优化后的构型参数和能量讨论了甲醇及其脱氢分解产物的吸附状态。研究结果表明，CH3OH是以O原子一端接近表面发生吸附作用，top位是其最稳定的吸附位；而short位则是CH3O与CH2O的最稳定的吸附位；long位则是CHO的最稳定的吸附位；CO以C端接近表面的吸附比以O端接近表面的吸附稳定，其中当以C端接近时，top位吸附最稳定；H2分子在Cu(110)表面的吸附与具体的吸附位关系不大；而H原子在short位的吸附更稳定些。此外，吸附CH3O的吸附能的绝对值比CH2OH的大，说明甲醇在分解时更倾向于断裂O-H键。
　　 二、根据实验所测得的甲胺的分解产物，对这些微粒在Cu(110)表面的吸附情况进行了研究。结果显示，甲胺在Cu(110)表面的吸附与甲醇的相似，是N端接近表面，top位也是最稳定的吸附位，其吸附能的绝对值比甲醇的大，因此甲胺在Cu表面不易分解；top位是NH3和HCN的最稳定的吸附位；short位是CH3、NH2和CN的最稳定的吸附位；CH4在Cu(110)表面的吸附与具体的吸附位置关系不大；而C2N2分子则是分子平行于Cu(110)表面时的hollow位吸附更稳定。
　　 三、探讨了乙醇胺分子及其分解产物在Cu(110)表面四种吸附位上的吸附情况，结果表明，乙醇胺在Cu(110)表面的吸附是O端和N端均与表面发生作用，与甲醇和甲胺在Cu表面作用时的O、N与Cu的作用相似。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1固体表面的吸附与催化

1.2铜表面吸附分解的研究现状

1.3固体表面计算的模型

参考文献

第二章 密度泛函理论(DFT)

2.1密度泛函理论简介

2.2密度泛函理论(DFT)

2.2.1 Thomas-Fermi模型

2.2.2 Hohenbergh-Kohn定理

2.2.3 Kohn-Sham方程

2.2.4密度泛函的基本理论

2.3密度泛函理论(DFT)的各种近似形式

2.3.1局域密度近似(LDA)

2.3.2广义梯度近似(GGA)

参考文献

第三章 甲醇在Cu(110)表面吸附的研究

3.1引言

3.2计算模型和方法

3.3结果与讨论

3.3.1甲醇在Cu(110)表面的吸附

3.3.2 CH2OH在Cu(110)表面的吸附

3.3.3 CH3O在Cu(110)表面的吸附

3.3.4 CH2O在Cu(110)表面的吸附

3.3.5 CHO在Cu(110)表面的吸附

3.3.6 CO在Cu(110)表面的吸附

3.3.7氢在Cu(110)表面的吸附

3.4本章小结

参考文献

第四章 甲胺在Cu(110)表面吸附的研究

4.1引言

4.2计算模型和方法

4.3结果与讨论

4.3.1甲胺在Cu(110)表面的吸附

4.3.2 CH3在Cu(110)表面的吸附

4.3.3 CH4在Cu(110)表面的吸附

4.3.4 NH2在Cu(110)表面的吸附

4.3.5 NH3在Cu(110)表面的吸附

4.3.6 CN在Cu(110)表面的吸附

4.3.7 HCN在Cu(110)表面的吸附

4.3.8 C2N2在Cu(110)表面的吸附

4.4本章小结

参考文献

第五章 乙醇胺在Cu(110)表面的吸附

5.1引言

5.2计算模型和方法

5.3结果和讨论

5.3.1乙醇胺(MEA)在Cu(110)表面的吸附

5.3.2 OCH2CH2NH2在Cu(110)表面的吸附

5.3.3 HOCH2CH2N在Cu(110)表面的吸附

5.3.4 CH2CH2NH2在Cu(110)表面的吸附

5.3.5 CH2CH2NH在Cu(110)表面的吸附

5.3.6 H2O在Cu(110)表面的吸附

5.3.7 CH2CH2O在Cu(110)表面的吸附

5.3.8 CH2NH2在Cu(110)表面的吸附

5.3.9 CH2NH在Cu(110)表面的吸附

5.3.10 CHNH在Cu(110)表面的吸附

5.3.11 NCH2在Cu(110)表面的吸附

5.4本章小结

参考文献

结论

致谢