学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

NO在Rh/SiO2表面催化分解机理的密度泛函理论研究

作　者: 姚禛
导　师: 李泽生
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理化学
关键词: NO分解 催化氧化 Rh/SiO2 密度泛函
分类号: O643.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 36次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


氮氧化物（NOx）是严重危害人类健康的主要大气污染物。近年来，随着人类向大气中排放的NOx越来越多，对生态和生活环境的影响也越来越严重。NO作为NOx的主要成分和较难脱除成分，如何有效去除空气中的NO清洁大气环境，已成为当今大气污染治理领域中最为关心的问题之一。有关NO气体催化分解的基础研究越来越多。其中，直接催化分解NO分子以工艺简单、不产生二次污染等优点，在消除NO的诸多方法中，被认为是一种较理想的手段。目前已有研究指出过渡金属Rh元素对NO分解反应具有更好的催化性能，优于其他过渡金属元素Pt、Pd等，因此Rh元素的催化机理备受关注。Rh具有成本偏高和比表面积小等过渡金属催化剂固有的缺点，因此，本文以Rh原子掺杂常见金属载体SiO2中作为研究对象，利用密度泛函理论模拟NO催化分解过程，探讨Rh/SiO2催化性能。本文对研究体系选用了四个硅原子（4-SiO2）及三个硅原子（3-SiO2）构成的4-硅八元环（4-Si ring）和3-硅六元环（3-Si ring）不同催化剂载体模型，研究NO+Rh/SiO2催化反应。研究结果如下：1)4-硅环和3-硅环团簇的稳定性极好，甚至比相应的六-碳元环和八-碳元环稳定性更好，故引用4-硅环和3-硅环团簇可以较好模拟催化剂载体SiO2，负载的Rh原子活泼性较高，可以催化分解NO分子。2)Rh原子上5s、4d轨道电子跃迁到5p、5d轨道，甚至跃迁到6s轨道，说明化学活泼性极好。故在NO催化分解反应机理计算中，选取上述4-硅环和3-硅环的Rh/SiO2催化剂团簇作为NO分解反应的理论模型。3)计算模拟得出NO催化分解反应机理分为三步。首先，NO气体以N*端或O*端吸附在催化剂Rh/SiO2表面；接着，另外一个NO分子以N端与之前的NO分子的N原子发生作用，形成N-N键，经历过渡态生成中间体N2O与O*；随后，O*与N2O发生反应生成N2与O2或者N2O直接与催化剂表面发生吸附，分解生成N2。4)计算表明，N2O为NO催化分解反应的主要中间体，该步为必经的过渡态。以上理论研究证明上述独特构型的过渡金属Rh负载SiO2的催化剂团簇可以作为NO催化分解反应的催化剂材料，该催化剂具有优异的催化性能和一定的抗毒化能力。该模型为节约计算成本、增大催化剂比表面积和提高其催化性能都提供了可能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题背景和研究目的及意义  9
  1.2 NO_x的来源  9-11
  1.3 脱硝方法介绍  11-15
    1.3.1 国外研究现状  12-14
    1.3.2 国内研究现状  14-15
    1.3.3 国内外文献综述的简析  15
  1.4 催化剂研究现状  15-17
  1.5 本文主要研究内容  17-18
第2章 实验方法与基础  18-28
  2.1 量子化学简介  18
  2.2 量子化学基本原理  18-21
    2.2.1 Schr dinger 方程  18-19
    2.2.2 BornOppenheimer 近似  19-20
    2.2.3 单电子近似  20-21
  2.3 密度泛函理论方法（Density Functional Theory，DFT）  21-25
    2.3.1 HogenbergKohn 定理  21-22
    2.3.2 KohnSham 方程  22-23
    2.3.3 局域密度近似（LDA 泛函）  23-24
    2.3.4 广义梯度近似（GGA 泛函）  24-25
    2.3.5 杂化型泛函（hybrid 泛函）  25
  2.4 基组的选择  25-26
  2.5 Gaussian 软件简介  26-27
  2.6 计算方法  27-28
第3章 催化剂体系的密度泛函理论研究  28-37
  3.1 引言  28
  3.2 建立催化剂体系  28-30
  3.3 结果与讨论  30-36
    3.3.1 几何结构  30-33
    3.3.2 电子结构和分子轨道  33-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 NO 催化分解反应机理的理论研究  37-55
  4.1 引言  37
  4.2 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅰ）表面的催化分解  37-45
    4.2.1 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅰ）表面的吸附  37-39
    4.2.2 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅰ）表面的分解  39-42
    4.2.3 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅰ）表面的过渡态  42-44
    4.2.4 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅰ）表面的反应过程  44-45
  4.3 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅱ）表面的催化分解  45-51
    4.3.1 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅱ）表面的吸附  45-46
    4.3.2 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅱ）表面的分解  46-47
    4.3.3 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅱ）表面催化分解的过渡态  47-49
    4.3.4 NO 在 Rh/SiO_2（Ⅱ）表面催化分解的小结  49-51
  4.4 NO 在 Rh/SiO_2 表面催化分解反应的机理分析  51-53
    4.4.1 NO 催化分解反应的机理  51-52
    4.4.2 NO 催化分解反应的势能曲线图  52-53
  4.5 本章小结  53-55
结论  55-57
参考文献  57-63
致谢  63

相似论文

  1. 二甲醚在Pt低指数晶面吸附的密度泛函研究,O485
  2. 羟基化锌催化臭氧化去除水中2-MIB的研究,X703
  3. 锰—铁催化剂低温催化氧化NO研究,X701
  4. 非水体系中甲基吡啶电氧化行为的电化学和拉曼光谱研究,O626.321
  5. 部分有机反应成环机理和反应选择性的理论研究,O643.12
  6. 喹啉环取代喜树碱的定量构效关系研究,R914
  7. 微囊藻毒素的降解与消除方法研究,X173
  8. 壳聚糖负载型金属配合物的合成及其催化氧化性能的研究,O634
  9. 氢键复合物光化学性质的理论研究,O641.1
  10. WC/石墨烯复合体的电子结构及电子输运性质,O613.71
  11. 纳米Pt/SiC的制备、表征及其电化学催化性能研究,TM911.4
  12. 过渡金属/碳催化电极降解酚类污染物的研究,X703
  13. 碳负载碳化钨复合材料的制备及其电化学性能的研究,O614.613
  14. M_x（M=Cu，Ag，Au）/石墨烯的结构与稳定性的理论研究,O613.71
  15. 纳米金属材料的合成及其催化性能的研究,TB383.1
  16. 维生素类清除自由基机理的密度泛函理论计算,TS201
  17. WnC0,±（n=1-6）团簇的密度泛函理论研究,O641.1
  18. (OsnN)0, ±（n=1-6）团簇结构与性能的理论研究,O641.1
  19. ZnO掺杂效应的第一性原理研究,O614.241
  20. 黄酮类药物的分子水化和抗氧化性的量子化学研究,TQ460.1
  21. PtnN0,±（n=1-5）团簇结构与性能的理论研究,O641.1

中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化原理
© 2012 www.xueweilunwen.com