甲醇在Pt(111)表面及Pt-Sn(111)合金表面吸附的理论研究

摘要

直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池，因其低污染、高效能而在近年来被广泛研究。目前研究重点之一就是直接甲醇燃料电池的阳极催化剂，通过实验找到催化活性高，抗CO和H2O中毒能力强，并且廉价的催化剂。
　　 目前Pt系二元合金已被证实具有很好的催化能力，本文采用基于第一性原理的密度泛函理论，利用密度泛函理论和周期平板模型相结合的方法，使用Materimals Studio4.0软件中的Dmol4.O程序包模拟甲醇、CO、水在Pt(111)、Pt-Sn(111)表面的吸附反应，计算出各位点的吸附能、态密度以及能带分析图的结果，具体内容如下：
　　 1.研究在纯Pt(111)表面甲醇、CO、水的吸附情况，利用Dmol程序包优化了甲醇、CO、水在纯Pt(111)表面top、bridge、hcp、fcc位点的吸附构型，得到了各位点稳定的吸附能量。CO和水都是甲醇参与表面吸附时可能得到的产物，而CO和水在Pt(111)的表面吸附能都超过了甲醇的吸附能，因此极易发生CO和水的“中毒”效应，影响催化剂的催化效果。接着继续分析了吸附前后甲醇分子的构型变化情况，比较了Pt(111)清洁表面和甲醇在Pt(111)表面吸附后的态密度和能带结构图形，讨论了吸附过程中电子的转移情况。
　　 2.以同样的方法研究甲醇、CO、水在Pt-Sn(111)表面的吸附情况，通过对分子结构变化、吸附能、能带分析图以及态密度的分析，我们可以看出Pt-Sn(111)合金对甲醇氧化的催化效果要好于纯Pt(111)，同时CO和H2O分子在Pt-Sn(111)表面吸附的吸附能小于在甲醇在Pt-Sn(111)表面的吸附能，所以此二元合金催化剂具备一定的抗CO和水中毒的能力.通过与实验研究比较和数据分析，理论上证明Pt-Sn二元合金是一种较好的直接甲醇燃料电池的阳极催化剂，催化活性和抗中毒能力都好于纯Pt。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1燃料电池

1.1.1燃料电池的发展及应用

1.1.2燃料电池的工作原理

1.1.3燃料电池的分类及特点

1.2直接甲醇燃料电池

1.2.1直接甲醇燃料电池工作原理

1.2.2直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究现状

1.3本论文的研究内容与意义

参考文献：

第二章计算基本理论与方法

2.1密度泛函理论

2.1.1薛定谔(Schr(o)dinger)方程和波恩-奥本海默近似(Born-Oppenheimer approximation)

2.1.2 Hobenberg-Kohn定理

2.1.3 Kohn-Sham方程

2.1.4交换相关泛函

2.2 DMol3程序包的功能特点

2.2.1 DMol3程序相关理论

2.2.2 DMol3主要计算功能：

参考文献

第三章甲醇、H2O、CO在Pt(111)表面吸附的理论研究

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Pt(111)表面的吸附

3.3.2CO和水在Pt(111)表面的吸附

3.3.3电荷布局数分析

3.3.4甲醇在Pt(111)表面吸附的能带和态密度分析

3.4结论

参考文献

第四章甲醇在Pt-Sn(111)表面吸附作用的理论研究

4.1引言

4.2计算模型和方法

4.3结果与讨论

4.3.1甲醇在Pt-Sn(111)表面的吸附

4.3.2 CO在Pt-Sn(111)表面的吸附

4.3.3 H2O在Pt-Sn(111)表面的吸附

4.4结论

参考文献：

第五章结论与展望

致谢

硕士期间成果