合金效应调控CO2在过渡族金属表面吸附的第一性原理研究

摘要

通过催化剂激发和转化CO2使之成为工业产品(合成甲醇或甲酸等)是最具前景的处理该温室气体的方法,然而CO2具有非常稳定的化学性质(目前仅发现某些过渡族金属对其具有一定的催化作用),这就使得该方法也面临着巨大的挑战,高效的CO2催化剂也成为目前研究的热点。
　　 本文采用第一性原理计算方法研究了过渡会属及其合会表面的电子结构与化学活性的关系,并详细研究了CO2在其表面的吸附情况。结果显示:过渡族金属及其合金表面的化学活性以及CO2的吸附都依赖于其表面原子的d带中心的位置,其d带中心越靠近费米能级,其活性越强,对CO2的作用也就越强,d带中心远离费米能级则表明其活性较弱,对CO2的作用也弱；同时研究计算发现合金效应在调节表面d带中心以及其化学活性时具有非常显著的作用,而这种调节的规律除了与表面几何结构以及应力有较大关系外,同时和合金元素本身的电子结构有非常直接的联系,计算表明:惰性金属(Cu、Ag、Au)的掺入往往能增强母体元素的化学活性,而较活泼的金属(Ti)则往往减弱母体的活性,这些计算结果同时和一些实验相互吻合,也很好的解释了实验中的现象。