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甲烷在清洁Pd(111)及氧改性的Pd(111)表面解离的密度泛函理论研究
  • ISSN号:0253-9837
  • 期刊名称:《催化学报》
  • 时间:0
  • 分类:O643.12[理学—物理化学;理学—化学] TQ54[化学工程—煤化学工程]
  • 作者机构:[1]太原理工大学化学化工学院,山西太原030024, [2]山西大同大学化学化工学院,山西大同037009, [3]南开大学化学学院,天津300071
  • 相关基金:国家自然科学基金(20273034,20673063).
中文摘要:

采用广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT)并结合平板模型,研究了CH4在清洁Pd(111)及O改性的Pd(111)表面发生C–H键断裂的反应历程.优化了裂解过程中反应物、过渡态和产物的几何构型,获得了反应路径上各物种的吸附能及反应的活化能.结果表明,CH4采用一个H原子指向表面的构型在Pd(111)表面的顶位吸附,CH3的最稳定的吸附位置为顶位,OH,O和H的最稳定吸附位置均为面心立方.CH4在清洁Pd(111)表面裂解的活化能为0.97eV,低于它在O原子改性(O没有参与反应)的Pd(111)表面的活化能1.42eV,说明表面氧原子抑制了CH4中C–H键的断裂.当亚表面O原子和表面O原子(O参与反应)共同存在时,C–H键断裂的活化能为0.72eV,低于只有表层氧存在时的活化能(1.43eV),说明亚表面的O原子对CH4分子的活化具有促进作用.CH4在O原子改性的Pd(111)表面裂解生成CH3和H,以及生成CH3和OH的反应活化能分别为1.42和1.43eV,说明CH4在O原子改性的Pd(111)表面发生这两种反应的难易程度相当.

英文摘要:

The reaction pathway of C–H bond breaking of methane on the clean Pd(111) and O-modified Pd(111) surfaces was investigated by the first-principles density functional theory generalized gradient approximation calculations with the slab model. Geometries of reac-tants, transition states, and products were calculated. Adsorption energy of possible species and activation energy barriers of the reaction were also obtained. The calculated results show that methane favors such a configuration that one hydrogen points towards the surface in the top site. Methyl is adsorbed in the top site, and hydroxyl, oxygen, and hydrogen are all adsorbed in the fcc site. On the clean Pd(111) surface, the activation energy of 0.97 eV is smaller than that of 1.42 eV in the case of oxygen-modified (oxygen atom acts as a "spectator") Pd(111) surface, which indicates that the presence of oxygen atom inhibited the C-H bond cleavage. Compared with the case that only the surface oxygen atom exists (oxygen atom participates in the reaction), the activation energy decreased from 1.43 to 0.72 eV when the subsurface oxygen atom exists. This suggests that the subsurface oxygen atom promotes the activation of methane molecule. On the oxygen-modified Pd(111), the activation energy of the reactions forming methyl and hydrogen, and methyl and hydroxyl is 1.42 and 1.43 eV, respectively, which indicates that the reaction possibility is equivalent.

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期刊信息
  • 《催化学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所
  • 主编:李灿 张涛
  • 地址:大连市沙河口区中山路457号
  • 邮编:116023
  • 邮箱:chxb@dicp.ac.cn
  • 电话:0411-84379240
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-9837
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1195/O6
  • 邮发代号:8-93
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖,中国科协精品科技期刊示范项目
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:19199