甲烷高温燃烧催化剂表面吸附机理研究

【摘要】： 本论文应用量子化学理论详细研究了清洁能源天然气(主要成分甲烷)的高温催化燃烧机理。重点研究不同钙钛矿(ABO_3)表面结构对高温催化燃烧的影响,并对不同浓度镧掺杂钙钛矿催化剂的催化性能进行了预测。 我们在第一性原理水平应用密度泛函理论对周期性结构进行研究,在DFT-GGA框架下用真空表面模型分析CH_1和O_2与一系列钙钛矿表面吸附及相互作用的电子结构及作用机理。首先对钙钛矿的表面进行结构优化,并对表面能量及电子结构进行了研究,表面结构计算结果显示,电荷在表而发生了重新分配,能量计算表明BaZrO_3的(001)面比(011)、(111)面能量低,是稳定的表面。第二,研究CH_1和O_2在稳定表面不同位点的吸附行为,探讨不同的A位、B位钙钛矿离子对CH_4和O_2吸附的影响,并对吸附结果进行布居数和态密度分析,结果表明B位为CH_4和O_2的最佳吸附位,通过对比CH_4和O_2在不同钙钛矿(BaZrO_3、BaCeO_3、BaCoO_3、LaCoO_3)表面的吸附行为,可知:A位离子的不同,可以调节B位离子的电荷,从而影响CH_4和O_2在表而的吸附。各催化剂的催化甲烷燃烧活性顺序为LaCoO_3＞BaZrO_3＞BaCeO_3＞BaCoO_3与文献结果一致。由于催化燃烧反应气体吸附是燃烧的关键一步,由此我们可以推断:催化燃烧过程中催化剂表面吸附的O_2是主要氧化剂,能对CH_4和O_2有较强吸附作用的催化剂(如LaCoO_3)是催化甲烷燃烧反应的较好催化剂。第三,对镧不同浓度掺杂钙钛矿BaZrO_3的构型进行计算,并通过分析电子态密度及化学键等的变化,全面了解La取代钙钛矿A位原子对表面活性的影响。本文的研究能够提供不同的A位、B位离子对CH_1及O_2在钙钛矿表面的吸附作用的影响以及甲烷催化燃烧机理,从而为开发新型的高活性、高稳定性催化剂提供可靠的理论依据。 【关键词】：钙钛矿 甲烷燃烧 密度泛函 电子结构 La掺杂
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-14
• 1.1 引言10-11
• 1.2 研究现状11-13
• 1.3 本论文的设计13-14
• 第二章 理论基础与计算方法14-24
• 2.1 引言14-15
• 2.2 密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)简介15-19
• 2.2.1 Hohenberg—Kohn定理15-16
• 2.2.2 Kohn-Sham(沈吕九)方程16-17
• 2.2.3 局域密度近似(Local Density Approximation,LDA)17-18
• 2.2.4 广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation,GGA)18-19
• 2.3 Bloch定理19
• 2.4 赝势近似19-20
• 2.5 物理量的含义20-22
• 2.5.1 能带与态密度20-21
• 2.5.2 Mulliken布居分析21
• 2.5.3 电子局域函数(ELF)21-22
• 2.6 CASTEP软件简介22-24
• 第三章 钙钛矿表面结构的研究24-39
• 3.1 计算模型和方法24-27
• 3.2 计算结果与讨论27-38
• 3.2.1 体相性质27-29
• 3.2.2 表面结构性质29-37
• 3.2.2.1 BaZrO_3(001)表面结构计算29-32
• 3.2.2.2 BaZrO_3(011)表面结构计算32-35
• 3.2.2.3 BaZrO_3(111)表面结构计算35-37
• 3.2.3 表面稳定性比较37-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 CH_4和O_2在不同钙钛矿表面吸附的密度泛函研究39-70
• 4.1 引言39
• 4.2 计算方法39
• 4.3 吸附气体CH_4和O_2分子结构优化39-45
• 4.3.1 CH_4分子结构优化39-42
• 4.3.2 O_2分子结构优化42-45
• 4.4 吸附分子吸附位的选择45-56
• 4.4.1 CH_4吸附位的选择45-52
• 4.4.1.1 CH_4在BaZrO_3(001)表面Ba原子上方吸附45-48
• 4.4.1.2 CH_4在BaZrO_3(001)表面O原子上方吸附48-49
• 4.4.1.3 CH_4在BaZrO_3(001)表面Zr原子上方吸附49-52
• 4.4.2 O_2吸附位的选择52-56
• 4.4.2.1 O_2在BaZrO_3(001)表面的Ba原子上方吸附52-54
• 4.4.2.2 O_2在BaZrO_3(001)表面的Zr原子上方吸附54-56
• 4.5 CH_4和O_2在不同钙钛矿表面优化吸附计算56-69
• 4.5.1 计算参数设置56
• 4.5.2 结果与讨论56-68
• 4.5.2.1 吸附能的计算比较56-59
• 4.5.2.2 CH_4在不同钙钛矿表面吸附的态密度比较59-64
• 4.5.2.3 O_2在不同钙钛矿表面吸附的态密度比较64-68
• 4.5.3 CH_4和O_2在不同钙钛矿表面吸附的综合评价68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 La掺杂钙钛矿表面的密度泛函研究70-88
• 5.1 引言70
• 5.2 计算方法70-71
• 5.3 结果与讨论71-88
• 5.3.1 掺杂浓度2.5at.%(La_4Ba_9Zr_(10)O_(30))的计算71-76
• 5.3.1.1 结构优化71-72
• 5.3.1.2 态密度分析72-74
• 5.3.1.3 电子密度分析74-76
• 5.3.2 掺杂浓度5at.%(La_2Ba_8Zr_(10)O_(30))的计算76-79
• 5.3.2.1 结构优化76-77
• 5.3.2.2 态密度分析77-78
• 5.3.2.3 电子密度分析78-79
• 5.3.3 掺杂浓度10at.%(La_4Ba_6Zr_(10)O_(30))的计算79-82
• 5.3.3.1 结构优化79-80
• 5.3.3.2 态密度分析80-81
• 5.3.3.3 电子密度分析81-82
• 5.3.4 掺杂浓度15at.%(La_6Ba_4Zr_(10)O_(30))的计算82-85
• 5.3.4.1 结构优化82-83
• 5.3.4.2 态密度分析83-84
• 5.3.4.3 电子密度比较84-85
• 5.3.5 镧掺杂浓度为2.5at%、5at%、10at%、15at%的La_xBa_(10-x)Zr_(10)O_(30)的态密度比较85-88
• 第六章 结论及今后工作展望88-90
• 6.1 主要研究工作结论88-89
• 6.2 今后工作建议及展望89-90
• 参考文献90-97
• 致谢97

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

甲烷高温燃烧催化剂研究进展    王军威,田志坚,徐金光,徐云鹏,徐竹生,林励吾

四唑互变异构反应的密度泛函理论(DFT)研究    肖鹤鸣,陈兆旭

Ni—P非晶态合金中电子转移问题的DFT研究    方志刚,沈百荣,范康年,邓景发

甲烷催化燃烧催化剂的研究进展    严河清,张甜,王鄂凤,白延利

甲烷燃烧催化材料发展概况    崔梅生,张顺利,彭新林,黄小卫

原子簇NiBP稳定结构与成键性质的DFT研究    石建,方志刚,刘冬杰,胡宏智

分子点群的不可约表示    赵秀芬

点群的一个应用    赵秀芬,刘宝瑞

Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中二维电子气的自旋性质    唐宁;沈波;韩奎;

神经网络在炸药晶体密度预测中的应用    王国栋;刘玉存;

贵金属纤维催化剂的CH_4催化燃烧活性    何洪;张建霞;戴洪兴;訾学红;

纳米CuO/CeO_2制备、表征及对甲烷燃烧催化活性    梁达文,白守礼,杨东,陈霭璠

从头计算法研究分子间的氢键相互作用    徐明忠

共价分子的核间电子云密集区是如何形成的    申永良

Cr_2O_3-Al_2O_3甲烷敏感材料的研究    郭迎;徐凌;程迎国;李振仁;

催化无焰燃烧技术及其应用    陈水辉;刘艳春;张全胜;

甲烷燃烧稀土六铝酸盐LaCu_xAl_(12-x)O_(19-δ)催化剂的制备及其性能研究    逄芳;于庆勇;侴晓玉;李秀颖;逯路;陈丽娜;张健;徐占林;

过渡金属锇团簇及其簇合物的研究进展及应用    张秀荣;张伟;

原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究    魏洪源

导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究    白会娟

二恶英从头合成机理以及硫基抑制机理研究    邵科

高表面积铈基复合氧化物的制备与催化氧化性能研究    李宏峰

金属离子掺杂的ZnO第一性原理计算及透明导电薄膜制备研究    谭红琳

密度泛函理论计算在电催化反应以及电催化剂设计中的应用    欧利辉

理论研究给—受体型有机分子激发态性质及其在材料中的应用    孙磊

叠氮化氰和几种羰基化合物光解离机理的理论研究    慈成刚

若干新型超碱金属团簇的结构与性质的理论研究    佟晶

聚合物表、界面结构及动力学演化的分子动力学模拟研究    赵莉

多元缩合生成新型巴比妥酸盐衍生物反应机理的理论研究    孙东贞

Zn-Sb纳米膜热电材料的脉冲电化学法制备及性能研究    刘丹

溶胶—凝胶法制备NiCuZn铁氧体薄膜和粉体的研究    高良秋

H_2O和CeO_2基材料相互作用的第一性原理研究    王清高

二甲基精氨酸二甲胺水解酶-1的理论研究    孙馨

固态烧结法制备的Pr~（3+）掺杂12CaO·7Al_2O_3粉体发光性质研究    李金鑫

密度泛函理论研究金团簇和有机分子之间的相互作用    李迎春

乙二醇和液体燃料合成的理论与实验研究    葛晓岚

烷氧基硅烷和一氧化硅还原体系的量子化学计算研究    余秋雁

硅醇还原反应的量子化学计算研究    伍林

CeO_2-LnO_(1.5)固溶体的表征及其甲烷催化燃烧性能    缨建英,杨乐夫,陈笃慧,缨建英

承钢含钛高炉渣综合利用的工艺矿物学研究    全跃,任允芙

Nd_(1-x)Ca_xFeO_(3-y)的X射线衍射结构分析    李建功

La_(1-x)Sr_xCoO_3钙钛矿在碱性溶液中的析氧电催化    王鹏,姚立广,王明贤,吴维

钙钛矿对无水硫铝酸钙形成的影响    张巨松,隋智通,回志峰,安会勇

LaMn_(1-x)Fe_xO_3的结构和Raman光谱    王吉有;李南征;段苹;李政;郝伟;

具有过量PbO的Ph（Zn_（1／3）Nb_（2／3））O_3－PbTiO_3系    黄镳，王晓莉，姚熹

钙钛矿结构类型的功能材料的结构单元和结构演变    康振晋,孙尚梅,郭振平

层状类钙钛矿有机-无机分子组装材料的研究进展    胡伟达,郭丽玲,王鲜,刘韩星

高温对钙钛矿La_(0.65)Ca_(0.18)Sr_(0.17)MnO_3形貌及磁热效应的影响    李解;王正德;李保卫;

纳米晶LaCo_xFe_(1-x)O_3的合成、表征及湿敏特性(英文)    王竹仪;陈骋;冯彩慧;王金兴;邹博;赵萌;吴凤清;

钙钛矿材料La(Y)_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3中的相分离    田宏伟;臧剑锋;高丽娟;王欣;丁涛;郑伟涛;

La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3、La_(1/2)Ba_(1/2)CoO_3复合材料的异常电输运行为    张国庆;潘春旭;

Li_(2x)Cu_xCa_(2-2x)Ti_2O_6的合成与表征    张玉荣;王文继;

Li_(0.3)La_(2/3)Ti_(0.7)P_(0.3)O_(3.3)体系中Yb~(3+),Sm~(3+)掺杂的影响    刘慧勇;王文继;邹雪珍;罗海燕;

六方钙钛矿A(La,Nd)_4Ti_4O_(15)(A=Ca,Sr)陶瓷的微波介电性能    岳振星;赵飞;张迎春;桂治轮;李龙土;

PbCrO_3立方钙钛矿压致等结构相变    肖万生;谭大勇;熊小林;刘景;徐济安;

含钛高炉渣的物理化学性质与CaTiO_3相的结晶    厉英;刘承军;姜茂发;

钙钛矿型锂快离子导体Li_(3x)La_(0.67-x)M_yTi_(1-2y)P_yO_3(M=Fe~(3+),Cr~(3+))的研究    李荣华;王文继;

利用钙钛矿模板制备硫化锌半导体纳米粒子    许丽梅;陈晓;刘洪国;杨孔章;

(La,R)_(2/3)/Ca_(1/3)MnO_3(R=Gd,Dy,Tb,Ce)材料的磁熵变特性研究    陈海英;林勤;李国忠;刘尊孝;戴道生;

神奇的多层薄膜材料    张孟军

几种新的合成宝石    李立平

日开发新型汽车废气催化剂　    刘宏

海水淡化 钛合金新的发展领域    钛业分会 王向东 铜正

六月铂价缘何下跌    任欣民

缘何铂金也低头    树其

诺奖得主柏诺兹做客清华海外名师讲堂    隆晓菊

原位复合钙钛矿/钨青铜复相材料的形成及介电与热释电性能研究    周宗辉

五元渣（CMSTA）中钛选择性富集的基础研究    李辽沙

催化燃烧用金属载体整体型催化剂的制备及表征    翟彦青

掺镁锰基钙钛矿的晶体结构与电磁性质    梁宏伟

锰（钴）基钙钛矿复合氧化物的制备及磁性研究    亓淑艳

（Ca，Nd）TiO_3微波介质陶瓷离子置换、低温烧结及应用特性的研究    孙慧萍

钙钛矿铌酸盐电介质陶瓷粉末的水热合成    吴淑雅

掺杂纳米光催化剂的可见光抗菌活性研究    雅菁

新型层状钙钛矿氧化物的合成和结构表征    梁振华

A~（2+）B~（4+）O_3型钙钛矿晶体的结构相变和表面稳定性的研究    谢颖

层状类钙钛矿材料（RNH_3）_2MX_4薄膜的制备及结构与性能表征    史昆玉

改性铅基钙钛矿微波介质陶瓷的研究    蔡雪卿

类钙钛矿（C_4H_9NH_3）_2MX_4材料的制备与结构    王鲜

攀技花高炉渣中钙钛矿选矿试验研究    贺成红

贫燃条件下汽车尾气中NOx的选择性催化还原    陈广新

锰基钙钛矿超晶格电磁性能的第一原理计算研究    诸敏

层状类钙钛矿材料（C_nH_（2n+1）NH_3）_2MnCl_4（n=2，4，6，8，10，12）和（H_3NC_4H_8NH_3）MnCl_4的制备及表征    胡伟达

基于直链烷基胺的杂化钙钛矿结构有序材料的制备和性能研究    肖泽龙

Pb_（1-x）Ca_xZrO_3陶瓷的制备与性能研究    熊学斌

铜钛氧化物的烧结特性及介电性能研究    张慧利