二元过渡金属合金催化剂表面特性的理论研究

化工行业常用过渡金属作为催化剂，其催化性能（活性、寿命及稳定性）受杂质原子和分子表面吸附作用而改变，给相关行业带来严重的负面影响；由二元或多元金属(贵金属-过渡金属、过渡金属-过渡金属等)形成一系列数目庞大的合金，理论上具有非常优异、可控的催化性能，是最有希望替代(或部分替代)目前工业催化领域用量巨大的贵金属催化剂的选择。基于第一性原理密度泛函理论，对杂质硫原子和CO等分子在过渡金属表面掺杂不同金属形成的表面合金催化剂吸附性质进行计算。对比研究不同掺杂金属、不同组分表面合金吸附性质结果，并与单一过渡金属表面吸附性质进行比较；阐述不同表面吸附体系的相互作用机理，对比分析不同金属表面合金性质和探寻其规律，为工业上常用催化剂的改进研究提供理论依据。

采用密度泛函理论的第一性原理计算方法，理论上预测了费-托合成中金属钴基催化剂和燃料电池中铂基催化剂合金化催化改性的途径等。基于计算结果分析，在以下方面获得了重要的研究成果：.1．对比研究了钴基催化剂表面替代掺杂贵金属Pd、Pt形成的二元表面合金上S原子的吸附性质，预测出抗硫中毒性能较好的Pt-Co合金化途径。.2. 结合实验结果，理论上阐明了金属钴表面与氧原子相互作用过程及其表面氧化的微观机理，为钴基催化剂水氧化过程的研究奠定良好基础。.3. 密切联系实验结果和核-壳结构的金属纳米粒子催化剂的研究热点，分别从原子和电子结构方面对比研究了核-壳结构Ni@Pt和Cu@Pt纳米粒子上催化氧还原特性，理论上阐明了它们是氧还原反应中比单一金属Pt-基催化剂更好的催化剂，并验证了实验结果。.4. 基于三元半导体CuXTe2（X=Al，Ga，In）的电学和光学特性的对比研究，理论上预测了CuXTe2（X=Al，Ga，In）具有较强的太阳光吸收能力和高光导电性，有希望作为光伏材料；通过碳化物陶瓷合金Cr2（AlxGe1-x）C体系的原子结构、力学、电学和光学特性的对比研究，发现Cr2（AlxGe1-x）C（x <0.5）合金具有较好的延展可塑性，而Cr2（AlxGe1-x）C（x > 0.5）合金的脆性较大，并且这些合金化合物可以作为镀膜材料。.这些工作为探讨金属催化剂的“构-效”关系并为其催化改性设计和研究提供理论依据。本项目共发表论文19篇,其中SCI期刊论文13篇，培养硕士生3名.