CuO掺杂Ag纳米复合材料的第一性原理研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:llizhixiong
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能够从原子或者分子尺度理解并调控物质的性质是材料科学中取得科学和技术进步的关键所在。CuO纳米复合材料在工业催化领域能展现出较高的催化活性,这与材料的原子、电子结构密切相关。因此利用第一性原理方法开展CuO复合材料的基础理论研究对于开发出新型、高效的CuO基催化剂材料具有重要的理论与实际意义。本论文以Ag掺杂的CuO复合材料为研究对象,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了掺杂Ag对CuO的晶体结构、电子结构、吸附性能与催化性能的影响。为提高CuO复合材料的催化性能,以及开发可控的制备工艺提供理论指导。论文以CuO(111)表面为基础,研究了Ag原子在表面上的掺杂行为,并计算了每种掺杂模型的结合能与生成焓。计算结果表明:当Ag原子替位掺杂表面的Cu1原子后所形成的结构是最稳定的;态密度的分析结果表明,掺杂的Ag原子会与表面的O原子形成新的Ag-O键;布局分析的结果显示,Ag原子的掺杂提高了CuO(111)表面的化学活性,为该表面上发生的吸附、催化反应提供了较好的化学环境。在上述模拟计算的基础上,通过对NO小分子的吸附性能计算,阐明了Ag原子的掺杂对CuO吸附性能的影响;通过对H2O2分解反应过程的模拟,明确了H2O2在CuO(111)表面及Ag掺杂的CuO(111)表面上的分解机制,阐明了Ag原子的掺杂对CuO催化性能的影响。结果表明,H2O2在CuO(111)表面与Ag掺杂的CuO(111)表面上的分解机制相同,都为:H2O22OHH2O+O,Ag原子的掺杂能够显著提高CuO的吸附性能与催化性能。最后,论文在模拟计算的基础上进行了实验验证,通过H2O2分解反应的催化实验发现,Ag的掺杂确实能够提高CuO对H2O2分解反应的催化活性,这与模拟计算的结果相一致。
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