H和S原子在金属Pd，Cu，Au及其合金（111）表面吸附的密度泛函理论研究

摘要

钯及其合金膜不仅具备很高的氢渗透速率和透氢选择性，而且具有较好的化学和热稳定性，在膜反应器、氢气分离和纯化等领域中备受关注。由于氢是许多催化反应中的重要中间物，硫是反应中常见的使膜中毒失去活性的杂质气体，因而研究氢及硫原子在钯及其合金表面的吸附性质，对于了解表面反应机理，剖析吸附态的本质等，具有重要的理论意义和潜在的应用前景。 本文应用密度泛函理论研究了表面科学领域中原子在金属表面的吸附问题，主要包括两个部分：氢原子在Pd、Cu、Au(111)及其合金表面的吸附；硫原子在Pd、Cu、Au(111)及其合金表面的吸附。 本文系统地研究了氢和硫原子在金属Pd，Au，Cu以及合金PdM<,3>，Pd<,2>M<,2>和Pd<,3>M(111)表面的吸附(M=Au，Cu)，得到了覆盖率为0.25时最稳定的吸附位、结合能以及吸附前后表面的弛豫情况。氢和硫均与Pd形成最稳定的吸附，Cu次之，Au的吸附最弱，其在三种纯金属(111)表面的最稳定吸附位均为fcc位。由于Pd-Au合金具有较大的晶格常数，Pd<,3>Au合金吸附氢的结合能甚至较纯Pd更大，除此之外，氢和硫在Pd-M合金表面的吸附均随M组分的增加而减弱，而最稳定的吸附位随金属种类和组成变化而变化。根据计算得到的吸附结合能，发现与Pd-Cu合金相比，Pd-Au合金在Au含量较低(<0.25mol/mol)，时，氢和硫吸附的结合能下降较慢，而Au含量较高(>0.5mol/mol)时，该值迅速下降，这表明含金量0.25～0.5mol/mol的Pd-Au合金有可能在保持相近透氢性能的同时，比Pd-Cu合金具有更好的抗硫毒性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1膜的发展

1.2膜的定义及分类

1.3膜的主要制备方法

1.3.1化学镀法

1.3.2化学气相沉积法

1.3.3物理气相沉积(PVD)

1.3.4电镀

1.4本文的研究目的和研究思路

1.4.1本文的研究目的

1.4.2本文的研究思路

第二章理论研究方法

2.1第一性原理计算方法

2.1.1非相对论近似

2.1.2 Born-Oppenheimer近似

2.1.3轨道近似

2.2密度泛函理论

2.2.1 Thomas-Fermi模型

2.2.2 Hohenberg-Kohn定理

2.2.3 Kohn-Sham方法

2.2.4局域密度近似

2.2.5广义梯度近似

2.3赝势理论

2.3.1模守恒赝势

2.3.2超软赝势

2.3.3投影缀加波PAW(Projector Augmented Wave)方法

2.4周期性边界条件

2.4.1 Bloch定理

2.4.2 Brillouin区k点的选取

2.4.3平面波基组

2.4.4非周期性结构体系

2.5 VASP软件模拟方法

第三章H在Pd(111)，Cu(111)和Au(111)表面的吸附研究

3.1引言

3.2计算方法

3.3结果和讨论

3.3.1干净Pd(111)，Au(111)，Cu(111)表面的弛豫

3.3.2 H吸附在Pd(111)，Au(111)和Cu(111)表面的原子结构

3.4态密度分析

第四章H在Pd-Cu，Pd-Au(111)表面上的吸附

4.1前言

4.2 H在PdCu3(111)，Pd2Cu2(111)，Pd3Cu(111)表面的吸附

4.2.1表面弛豫

4.2.2结合能

4.2.3态密度

4.3 H在PdAu3(111)，Pd2Au2(111)，Pd3Au(111)表面的吸附

4.3.1干净PdAu3(111)，Pd2Au2(111)，Pd3Au(111)表面弛豫

4.3.2结合能

4.3.3态密度

第五章S在Pd(111)、Cu(111)、Au(111)表面的吸附

5.1 S在清洁Pd(111)，Cu(111)、Au(111)表面的吸附

5.2态密度

第六章S在Pd-Cu和Pd-Au表面上的吸附

6.1 S在PdAu3(111)，Pd2Au2(111)，Pd3Au(111)表面的吸附

6.1.2电子态密度分析

6.2 S在PdCu3(111)，Pd2Cu2(111)，Pd3Cu(111)表面的吸附

6.2.2态密度

6.3Pd合金膜的透氢速率和抗S毒性

第七章结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术论文

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