论文部分内容阅读
金属团簇由于其具有巨大的比表面积而表现出超众的催化性能。本文采用基于密度泛函理论的量子化学方法研究了钛团簇Tin(n=1-7)的电子结构特性,以及钛Ti n团簇与氧气、氮气、一氧化碳等的相互作用。 首先应用高斯软件对比各种理论方法确定了研究钛团簇的最合适方法,其次利用选定的理论方法对Ti n团簇含不同原子数目时各种可能构型进行优化以确定其最稳定构型,然后系统地研究了稳定中性及带电荷钛团簇与氧气O2、氮气N2、一氧化碳CO分子的相互作用情况。 本研究课题的研究内容包括:1.选择不同的理论方法对Tin团簇进行研究,力求找到与实验数据符合最好的理论方法;2.研究了Tin团簇与氧气O2、氮气N2、一氧化碳CO分子的吸附作用;3.通过对Tin团簇与不同小分子相互作用的研究为金属催化反应提供理论基础。 本研究最终发现:中性及带电荷钛团簇对氧气O2、氮气N2、一氧化碳CO分子吸附作用有以下共同点:1. O2、N2、CO分子的化学键均发生了断裂;2. C、N、O原子均倾向于结合在钛Tin(n≥3)团簇的面位;3.在中性TiM(M=O2、N2、CO)团簇上附加不同电荷均使其结构发生了微扰;4. TiM1-在所有带电荷及中性 TiM(M=O2、N2、CO)团簇中能量最低。 具体来说,关于钛团簇对O2的吸附作用:相互作用后的TinO2团簇除n=7外具有更高的稳定性和更低的化学活性;中性TinO2团簇的吸附能Ead除了n=4外,表现出不断上升的趋势;对于不同电荷时的吸附能 Ead有以下顺序:TinO22+>TinO22->TinO21+>TinO21-。关于钛团簇对N2的吸附作用:中性TinN2团簇的吸附能Ead从n=1单调增加到n=4,然后在n为5~7时振荡;对于TinN2团簇离解能的研究,我们发现解离Tix(1≤x≤n-1, n=2–7)亚单元在能量上是不利的,说明了TinN2团簇在热力学上是稳定的;不同电荷的 TinN2团簇的吸附能有如下趋势:TinN22+>TinN21+>TinN22->TinN21-。关于钛团簇对CO的吸附作用:中性TinCO团簇的吸附能Ead与TinN2团簇变化趋势相同;能隙Egap表明,与纯的钛团簇Tin(n=1-7)相比,相互作用后的Ti2CO、Ti7CO团簇具有更高的化学活性;不同电荷的TinCO团簇的吸附能变化趋势与TinN2团簇相同。