金属pd团簇催化甲酸反应机理理论研究

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1、金属Pd团簇催化甲酸反应机理理论研究金属Pd团簇催化甲酸反应机理理论研究李松鞠周欣田维全哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院理论与模拟化学研究所金属Pd团簇催化甲酸反应机理理论研究金属Pd团簇催化甲酸反应机理理论研究李松鞠周欣田维全哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院理论与模拟化学研究所金属Pd团簇催化甲酸反应机理理论研究金属Pd团簇催化甲酸反应机理理论研究李松鞠周欣田维全哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院理论与模拟化学研究所510摘要以直接甲酸为燃料的燃料电池因为具有较好的电学性能近年来受到了广泛的关注而起到催化作用的阳极材料因为经常被CO污染而中毒成为了当前电极研究亟待解决的问题之一本文利用

2、密度泛函原理分别计算并讨论了在真空和水溶剂环境下Pd7团簇催化氧化HCOOH的反应机理发现以Pd团簇作为催化剂时不论在何种介质中都没有中间产物CO的产生催化途径以直接生成CO2反应为主计算预测的反应能垒低于实验和理论计算中Pt催化HCOOH的情况另外以往人们研究甲酸催化使用的都是金属表面模型我们的计算第一次证实7原子团簇模型可以代替表面模型用来研究电极催化氧化HCOOH反应关键词物理化学甲酸氧化燃料电池金属Pd团簇中图分类号请查阅《中国图书馆分类法》15TheoreticalmechanisminvestigationsontheHCOOHcatalyzedbyPdclusterLISongj

3、uZHOUXinTIANWeiquanInstituteofTheoreticalandSimulationChemistryAcademyofFundamentaland2025303540InterdisciplinaryScienceHarbinInstituteofTechnologyHarbin150080AbstractInthispaperHCOOHoxidationreactiononthePd7clusterwasinvestigatedusingdensityfunctionaltheoryThecalculaitonindicatedthatthetransitonen

4、ergybarrierfortheproducingCOissohighthatCOcannotbeproducedintheroomtemperatureinthebothvacuumandsolutionandhenceCO2isthemainproductintheHCOOHoxidationreactionWefirstprovedthatthesevenPdclustermodelcancorrectlysimulatetheHCOOHoxdiationreactionandcanbeacandidateforthefuturefutherinvestigationfortheHCO

5、OHoxidationreactionKeywordsPhysicalchemistryHCOOHoxidationfuelcellPdcluster0引言从2002年Masel[1]等人提出以甲酸为燃料的直接甲酸燃料电池DFAFC具有较好的性能之后直接甲酸燃料电池DFAFC已经引起了人们极大的研究兴趣[2-5]因为其操作简单电池电压高能量密度大而且燃料损失率低有研究表明当甲酸的浓度约为10moll-1时其能量密度可达到最大值[3]并且直接甲酸燃料电池的一个最主要的优点其具有高电动势145V[4]人们对甲酸电催化氧化的催化剂展开了大量研究目前研究较多的有Pt基催化剂[5-7]和Pd基催化剂[8

6、-10]现在普遍认为甲酸氧化生成CO2是通过所谓的双途径机理完成的[2561112]即非直接途径和直接途径在非直接途径中甲酸首先被氧化成CO中间体然后CO再氧化生成CO2而直接途径是甲酸不经过CO中间体直接被氧化成CO2近年来研究者们对于甲酸在Pd基二元合金表面的氧化也有着越来越大的兴趣因为相对于纯PdPd基二元合金例如Pt-Pd合金[1314]在Au或Pt上沉积薄层Pd即PdAu或PdPt[15-18]有更高的催化活性电化学测试已经证明PdPdAu和PdPt的电催化性质与Pt有很大的不同最显著的不同是Pd表面不存在或有极低量的有毒气体COArenz[1315]等基金项目高等学校博士学科点专项

7、科研基金资助课题Nocom083作者简介李松鞠1983女硕士研究生主要研究方向液体燃料电池催化剂电极理论研究通信联系人周欣19788男副教授2009年进入哈尔滨工业大学理论与模拟化学研究所目前主要研究方向为新型过渡金属配合物发光材料纳米传感器新型燃料电池电极材料等理论研究2011年在日本名古屋大学和分子科学研究所访问进行onion型富勒烯转变为纳米金刚石的动力学机理研究E-mailzhouxcom