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NOx在固体表面的吸附是催化还原反应的关键。本文运用密度泛函理论方法研究了单一NO分子、NO2分子在本征LaFeO3(010)表面的吸附行为及B位离子(B=Ni2+、Cu2+、Zn2+)掺杂、氧空位缺陷对吸附性能的影响,获得最佳吸附模型表面为LaFe1-xNixO3-δ(010)表面,并进一步研究了NO和NO2在LaFe1-xNixO3-δ(010)表面的共同吸附。通过几何优化吸附体系获得能量最低的结构,进而分析吸附能、结构参数、Millikan电荷布居、电荷密度、差分电荷密度及态密度获得表面吸附的最佳点位及作用机理。
NO在本征LaFeO3(010)表面吸附的DFT计算结果表明,表面吸附NO的最佳点位是表面Fe原子。吸附后,吸附体系的原子电荷重新分布,NO和LaFeO3(010)表面之间形成了Fe-N共价键。态密度分析表明,吸附机理为Fe原子3d轨道和N原子2p轨道之间的杂化反应。B位离子(B=Ni2+、Cu2+、Zn2+)掺杂的LaFeO3(010)表面中,NO吸附在Ni2+掺杂的LaFeO3(010)表面Ni点位时吸附能最大。氧空位的存在改变了LaFeO3(010)表面的结构及原子电荷分布,然而计算结果表明,氧空位对NO分子的吸附没有产生明显影响。
本征LaFeO3(010)表面的Fe点位也是吸附NO2的最佳点位。吸附过程中,电子从LaFeO3(010)表面转移至NO2分子,NO2是电子受体。吸附反应后,NO2和LaFeO3(010)表面之间形成了Fe-N共价键,成键机理为N原子2p轨道和Fe原子3d轨道之间的杂化。Ni2+、Cu2+、Zn2+掺杂均能增强LaFeO3(010)表面对NO2的吸附作用,且NO2优先吸附在LaFe1-xNixO3(010)表面的Ni点位形成稳定吸附。氧空位的存在强化了LaFeO3(010)表面对NO2的吸附性能,NO2倾向于吸附在LaFeO3(010)表面氧空位附近的Fe原子上。
NO和NO2同时在LaFe1-xNixO3-δ(010)表面吸附时,最佳构型为NO吸附在氧空位附近的Fe原子上、NO2吸附在表面Ni原子上。态密度结果表明,NO和NO2在LaFe1-xNixO3-δ(010)表面的吸附为化学吸附作用,LaFe1-xNixO3-δ(010)表面能够有效活化NO和NO2分子。本文获得的NOx在LaFeO3(010)表面的吸附机理及提高吸附性能的方法对该材料在NOx催化反应中的实验设计提供了理论依据。
NO在本征LaFeO3(010)表面吸附的DFT计算结果表明,表面吸附NO的最佳点位是表面Fe原子。吸附后,吸附体系的原子电荷重新分布,NO和LaFeO3(010)表面之间形成了Fe-N共价键。态密度分析表明,吸附机理为Fe原子3d轨道和N原子2p轨道之间的杂化反应。B位离子(B=Ni2+、Cu2+、Zn2+)掺杂的LaFeO3(010)表面中,NO吸附在Ni2+掺杂的LaFeO3(010)表面Ni点位时吸附能最大。氧空位的存在改变了LaFeO3(010)表面的结构及原子电荷分布,然而计算结果表明,氧空位对NO分子的吸附没有产生明显影响。
本征LaFeO3(010)表面的Fe点位也是吸附NO2的最佳点位。吸附过程中,电子从LaFeO3(010)表面转移至NO2分子,NO2是电子受体。吸附反应后,NO2和LaFeO3(010)表面之间形成了Fe-N共价键,成键机理为N原子2p轨道和Fe原子3d轨道之间的杂化。Ni2+、Cu2+、Zn2+掺杂均能增强LaFeO3(010)表面对NO2的吸附作用,且NO2优先吸附在LaFe1-xNixO3(010)表面的Ni点位形成稳定吸附。氧空位的存在强化了LaFeO3(010)表面对NO2的吸附性能,NO2倾向于吸附在LaFeO3(010)表面氧空位附近的Fe原子上。
NO和NO2同时在LaFe1-xNixO3-δ(010)表面吸附时,最佳构型为NO吸附在氧空位附近的Fe原子上、NO2吸附在表面Ni原子上。态密度结果表明,NO和NO2在LaFe1-xNixO3-δ(010)表面的吸附为化学吸附作用,LaFe1-xNixO3-δ(010)表面能够有效活化NO和NO2分子。本文获得的NOx在LaFeO3(010)表面的吸附机理及提高吸附性能的方法对该材料在NOx催化反应中的实验设计提供了理论依据。