金團簇催化性質以及設計金催化結構的第一原理研究

《金團簇催化性質以及設計金催化結構的第一原理研究》是依託濟南大學，由陳剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金團簇催化性質以及設計金催化結構的第一原理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳剛
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

金團簇催化性質以及設計金催化結構是當前廣泛關注的研究主題。我們基於對金團簇的研究積累並結合本領域的研究進展，抓住具有重要基礎科學意義的研究課題，採用第一原理方法展開研究。詳細的催化反應過程是貴金屬顆粒催化領域的關鍵性研究課題，針對反應過程的複雜性，採用Nudged Elastic Band Method (NEB)和Dimer技術，研究金團簇在不同條件下對小分子的最佳催化反應路徑，探討小尺寸金團簇的催化性能與團簇尺寸、支撐材料、摻雜材料之間的尺寸效應、載體效應、摻雜效應等基本物理問題，即給實驗和套用研究提供理論支持，也起到預測作用，又有益於新催化結構的探索和設計研究。另一方面，採用貴金屬催化劑領域常用的過渡金屬元素，首先研究其與金的二元團簇結構，以及對金團簇結構進行原子置換或內部摻雜，然後驗證穩定性和催化性能，實現在原子尺度上設計新催化結構的目的。

結題摘要

通過項目研究,採用基於第一性原理計算基礎上的Nudged Elastic Band Method (NEB)和Dimer技術，我們探索了金團簇在催化氧化CO反應中的反應路徑，並藉助於初末態和中間態電子結構的詳細分析，從原子分子角度出發對催化機理進行了理解。已經完成的研究主要工作包括：①研究了金籠子結構由於氫化石墨烯增強的穩定性，其間的電荷轉移增強的催化性能，發現其具有自促進的CO免中毒性質；②富勒烯及改性富勒烯支撐Au團簇研究中發現支撐材料對生長模式的影響，幻術團簇出現在4、6、9尺寸處，對應的氧化反應研究發現了較好的反應活性；③對比研究了一價金屬團簇,其中對於Na吸附研究，詳細闡述了分層生長導致的負電性差別，解釋了實驗觀測中的3p振盪規律，糾正了以往報導的三角基元生長研究結論；④過渡金屬摻雜金團簇研究中，發現小分子吸附、帶電狀態、支撐材料都可以使其發生Oh和Ih結構之間的轉變，但其對應的轉變機理不同，為摻雜改性的實驗研究提供了理論借鑑；⑤將金團簇催化研究中的理論知識推廣到輕金屬配位氫化中，探討了不同過渡金屬對金屬鋁的催化儲氫性能提升機理。總之，通過項目研究，全面展開了貴金屬納米催化結構研究，鍛鍊培養了一支研究隊伍。做為項目研究的延伸，我們將集中精力在自催化機理、二元或三元合金貴金屬納米結構的協同催化機理、限域催化材料方向繼續開展研究工作。同時，將研究中獲得的納米催化機理拓展到先進能源材料領域中的納米催化問題探討中，開展具有創新性的科學研究探索。