CO2在La2O3(001)表面的解离

摘要

CH4/CO2重整反应是碳一化学中重要课题之一，对缓解能源危机、减少温室气体排放以及改善环境具有重要的意义。但是积碳问题一直影响著CH4／CO2重整反应催化剂的活性和稳定性，制约着其工业化进程。实验研究发现La2O3能催化CO2解离，解离产生的氧物种是消除积碳的关键物种。
　　 本论文采用量子化学密度泛函理论(DFT)计算方法，研究了CO2在稳定的La2O3(001)表面的解离过程，以及解离生成的O、OH物种和C物种在表面的迁移过程。
　　 通过对CO2解离的研究发现，CO2在完美的La2O3(001)表面直接解离(CO2*→O*+CO)，其解离活化能为378．4kJ·mol-1；当表面有预吸附的H存在时，CO2在完美的La2O3(001)表面先生成COOH中间体，然后生成的COOH中间体解离生成OH和CO(CO2*+H*→COOH*→OH*+CO)，其速控步活化能为138．1 kJ·mol-1；当La2O3(001)表面有氧空缺存在时，CO2按如下方式解离：CO2*+Ov-Surf．→CO+Surf．(Ov-Surf．表示氧空缺表面，Surf．表示完美表面)。解离的活化能为68．7 kJ·mol-1。结果表明：预吸附的H和表面氧空缺的存在都降低了CO2的解离活化能，使得CO2容易解离生成氧物种，从而使积碳消除。
　　 我们还考察了O、OH和C物种在表面的迁移能垒。计算得到它们在完美的La2O3(001)表面迁移的活化能分别为144.8 kJ·mol-1、29.3 kJ·mol-1和239．4 kJ·mol-1。显然，OH和O比C更容易在表面迁移,也就是说，OH和O快速迁移到C附近并与其反应，从而使积碳消除；另一方面，C物种很难在表面迁移，因此它不容易在催化剂表面聚合而生成积碳。

目录

第一章绪论

第二章计算方法介绍

第三章CO2在La2O3(001)完美表面的解离

第四章CO2在存在氧空缺的La2O3(001)表面的解离

第五章O、OH和C在La2O3(001)完美表面的迁移

第六章总结与建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文

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