|
Density Functional Theory Modeling of Anode Fuel Cell Catalyst (Моделирование катализаторов анодного типа для топливных элементов методом теории функционала плотности)
Shubina T.E.
Год выпуска: 2009
Изд-во: Хай-Тек Прес
ISBN: 978-966-2143-22-5
Переплёт: мягкий
112 страниц
Цена: 165.00 грн. Есть в наличии - дата отправки: 8 октября На 1 книгу
|
Адсорбция и окисление монооксида углерода (СО) на металлических электродах — процесс первичной важности в развитии низко-температурных полимерных топливных элементов. Топливные элементы, основанные на окислении переработаного водорода, который содержит небольшое колличество СО в качестве примеси, а так же элементы, работа которых основана на непосредственном окислении метанола, страдают от отравления СО. Таким образом, существует интерес в развитии анодных катализаторов, которые или адсорбирует очень маленькое количество СО (и в то же время все еще способны окислять водород в допустимых пределах), или способны окисляеть СО при более низких потенциалах.
В настоящей работе представлены результаты ab initio расчетов методом теории функционала плотности (DFT) взаимодействия СО и ОН с чистыми металлами, биметаллическими поверхностями и системами с надслоем. Были изучены такие свойства, как геометрии адсорбатов, частоты колебаний, энергии адсорбции частиц на поверхности, а также пути реакции. В качестве модельных были выбраны Pt(111), Pt(110) и Au(110) поверхности. PtRu, PtMo и сплавы PtSn использовались как модели биметаллических поверхностей. Эффект поверхностной сегрегации был также изучен на различных поверхностях (Ru, Ni, Pd, Rh, Ir) с Pt-надслоем. Исходя из результатов расчетов коадсорбции СО и ОН на поверхностях Pt(111) и Au(110), предложен общий механизм окисления СО молекулой ОН (или О-содержащими частицами на поверхности). Наконец, на Pt(111) и Pt2Ru(111) поверхностях была изучена коадсорбция молекул воды (H2O) и ОH.
Все расчеты были выполнены в рамках пакета програм VASP. Поверхности были смоделированы с использованием периодичности. Анализ колебательных частот был сделан в программах AnharmND и Gaussian98.
ЗМІСТ/Contents
Chapter 1
Introduction............................................................................................................................................................ 6
1.1. Fuel cells........................................................................................................................................................... 6
1.2. CO adsorption and oxidation on platinum......................................................................................................... 10
1.3. Theoretical method.......................................................................................................................................... 14
1.3.1.. General overview of DFT method.......................................................................................................... 14
1.3.2.. Software and computational models....................................................................................................... 20
1.4.. Scope of this work.......................................................................................................................................... 22
Chapter 2
Periodic density functional study of CO and OH adsorption on Pt-Ru alloy surfaces:
implications for CO tolerant fuel cell catalysts .................................................................................................. 27
2.1. Introduction..................................................................................................................................................... 27
2.2.. Computational methods................................................................................................................................... 29
2.3. Results and Discussion..................................................................................................................................... 32
2.3.1.. Adsorption of CO................................................................................................................................. 32
2.3.2.. Adsorption of OH................................................................................................................................. 39
2.4. Mechanistic implications and conclusions.......................................................................................................... 43
Chapter 3
Quantum-chemical calculations of CO and OH interacting with bimetallic surfaces ....................................... 49
3.1.. Introduction..................................................................................................................................................... 49
3.2.. Computational methods................................................................................................................................... 52
3.3.. Results and Discussion..................................................................................................................................... 54
3.3.1.. CO and OH on PtRu............................................................................................................................ 54
3.3.2.. CO on Pt monolayer systems................................................................................................................ 57
3.3.3.. CO and OH on PtMo........................................................................................................................... 60
3.3.4.. CO and OH on Pt3Sn(111)................................................................................................................... 61
3.3.5.. CO and OH on Pt(110) and Pt3Sn(110)............................................................................................... 63
3.4.. Conclusions..................................................................................................................................................... 66
Chapter 4
Density Functional Theory study of the oxidation of CO by OH on Au(110) and Pt(111) surfaces................ 71
4.1. Introduction..................................................................................................................................................... 76
4.2.. Computational Methods................................................................................................................................... 76
4.2.1.. Slab Approach...................................................................................................................................... 78
4.2.2.. Cluster Approach.................................................................................................................................. 78
4.3.. Results and Discussion..................................................................................................................................... 79
4.3.1.. Au(110)................................................................................................................................................ 79
4.3.1.1. Adsorption of CO and OH on Au(110).................................................................................... 79
4.3.1.2. Adsorption of COOH on Au(110)........................................................................................... 81
4.3.1.3. Formation of COOH from CO and OH on Au(110)................................................................ 83
4.3.2.. Pt(111)................................................................................................................................................. 85
4.3.2.1. Adsorption of CO and OH on Pt(111)..................................................................................... 85
4.3.2.2. COOH adsorption on Pt(111)................................................................................................. 86
4.3.2.3. Formation of COOH from CO and OH on Pt(111).................................................................. 87
4.4.. Mechanistic implications and Concluding Remarks............................................................................................ 88
Chapter 5
Co-adsorption of water and hydroxyl on a Pt2Ru surface ................................................................................. 97
5.1. Introduction..................................................................................................................................................... 97
5.2. Computational methods................................................................................................................................... 99
5.3. Results and Discussion................................................................................................................................... 101
5.3.1.. Adsorption of OH and H2O separately............................................................................................... 101
5.3.2.. Coadsorption of OH and H2O............................................................................................................ 102
5.4.. Conclusions................................................................................................................................................... 105
Summary....................................................................................................................................................... 108
|