《貴金屬—鈣鈦礦催化劑材料中的金屬擴散和催化活性》是依託河北師範大學，由田之雪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：貴金屬—鈣鈦礦催化劑材料中的金屬擴散和催化活性
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：田之雪
- 依託單位：河北師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
智慧型型催化劑在抑制貴金屬 (X) 晶粒的聚集和長大方面展現出比傳統催化劑更加優越的工作特性。研究含有貴金屬的鈣鈦礦(ABO_{3})催化劑的自我再生機制，有助於人們設計、開發新的不老型催化劑，幫助尋找貴金屬的可替代元素。本項目採用基於密度泛函理論的第一原理計算和熱力學理論，研究在 ABO_{3} (LaFeO_{3}, CaTiO_{3}) 體內和表面上，空位對 Pd 、 Pt 、 Rh 形貌、電子結構和擴散行為的影響；計算含有空位的 AB_{1-x}X_{x}O_{3} 體系的組分-溫度相圖，討論近實際工作環境下金屬離子在體系內的分布規律；計算比較可能存在的 X-ABO_{3} 界面的結構和性質，理解貴金屬與 ABO_{3} 表面的相互作用。總結物理規律，預測替代原子在氧化物中的構型、電子結構和熱力學性質。
結題摘要
貴金屬Rh、Pt和Pd被認為是最優的催化劑，常被用在處理汽車尾氣的三元催化劑中。但由於貴金屬的廣泛使用，其資源日益短缺，因此如何在保持其催化活性的基礎上儘量控制或減少貴金屬的使用已然成為當前亟待解決的問題之一。利用基於密度泛函理論的第一原理計算方法，我們研究了Rhn小團簇在MgO(100)表面的結構，以及形成界面的電子結構性質；計算並比較了NO在純Rhn團簇和中Rhn/MgO(100)界面上的吸附特性。結果發現，MgO襯底的能有效提高Rh團簇對NO分子的捕獲能力，這是由於MgO表面向Rh團簇轉移了大量電子，這些電子加強了團簇與NO分子的結合，有助於NO分子的解離。之後我們將襯底MgO(100)表面換成MgO納米管，發現Rh團簇與納米管上的結合能力更強，吸附NO後，Rh團簇趨向於形成二維或一維結構，且解離後的NO分子在Rh團簇上的結構更加穩定，NO分子在Rh3/，Rh4/和Rh5/MgO納米管的解離能為1 eV左右。此外，利用相同的研究方法，我們計算貴金屬Pt在CeO2 ∑3(111)晶界上的偏聚行為，以及Pt與氧空位在晶界上的相互作用問題。結果表明，Pt有向晶界和表面偏聚的趨勢，且它向晶界的偏聚能比向(111)和(110)的大，但是小於向(100)和(112)表面的偏聚能；通過計算氧空位在純淨晶界和含有Pt偏聚的晶界上的形成能，我們發現Pt的偏聚能激發晶界上氧空位的形成，從而提高材料的催化活性。更重要的是，由於Pt向晶界的偏聚趨勢非常強，因此從體內向表面偏聚的Pt粒子，一部分被晶界捕獲，另一部分則向表面析出，從而降低了表面上Pt的濃度，抑制了貴金屬在表面上的聚集。
