氧化锌纳米管论文：氧化锌纳米管分解H_2S,H_2O制氢的密度泛函理论研究.doc

氧化锌纳米管论文：氧化锌纳米管分解H_2S，H_2O制氢的密度泛函理论研究【中文摘要】作为一种宽禁带直接半导体,氧化锌在很多领域具有广泛的应用前景。尤其是金属氧化物(包括氧化锌)纳米管具有孔结构和较高比表面积,因此活性组分可以比较均匀的分布在金属氧化物纳米管表面上,负载在纳米管的内部,这会导致催化剂具有一些独特的性质。我们研究了钯(Pd)纳米团簇在ZnO (5, 5) SWNTs外的粘附,三种小分子气体(O2, H2和CO)在完美的ZnO (5, 5), Pd/ZnO SWNTs上的吸附几何性质,并以O2的吸附为例讨论了其电子性质。Pdn(n=1-6)纳米团簇粘附在ZnO (5, 5)的纳米管上主要通过Pd-O键的相互作用。Pd单体在氧化锌外部和内部具有相同的粘附性质。三种小分子气体吸附在完美的氧化锌纳米管内部和外部的吸附能是相似的。当氧气吸附在负载了Pd1氧化锌内部时,不仅仅氧气的吸附能增大了0.16 eV而且吸附位置由在Pd1/ZnO SWNTs体系外面时的顶位变为桥位。我们用密度泛函理论研究了硫化氢(H2S)及产物水在ZnO纳米管和ZnO- ZnS纳米管上的吸附和反应以及S, HS,和H的吸附机理。H2S, HS, S和H分别吸附在Zn的顶位上, Zn-Zn的桥为上,Zn-O的桥位上和O位上。用NEB的方法描绘了H2O在ZnO- ZnS纳米管上的是可能的反应路径势能图。在完美的氧化锌纳米管上生成水需要的反应能垒为40.56 kcal/mol,而在氧化锌-硫化锌纳米管上则只需要14.45kcal/mol。在完美的氧化锌纳米管上生成氢气需要的反应能能垒为88.65 kcal/mol,比在纳米管异质结上的反应能能垒小4.58 kcal/mol。水在纳米管异质结上的解离过程中,水中的氧穿过纳米管,在异质结纳米管内部形成氧气。【英文摘要】As one kind of wide direct band-gap semiconductor, ZnO has potential applications in several fields. Especially, due to metal oxide nanotube (included ZnO) has the hollow structure and high surface-volume ratio, the active species can distribute on the surface uniformly and locate inside the nanotubes, which leads to novel catalytic properties.We investigated the adhesion of Pd nanoclusters on ZnO (5, 5) and adsorption of probe gas molecules (O2, H2 and CO) on the outside or inside wall of ZnO and Pd1/ZnO SWNTs by means of density functional theory calculations in this study. Our study shows that the binding of Pd clusters on ZnO is mainly via the Pd-O bond interaction. The Pd monomer has the same adhesion ability on both the outside and the inside wall of ZnO SWNTs. However, we found that the adsorption energy of O2 is larger on the inside wall of ZnO and Pd1/ZnO SWNTs than that on the outside one, which is caused by the confinement effect.We further investigated the adsorption and dissociation of H2S on ZnO and ZnO- ZnS SWNTs. It was found that H2S, HS, S, and H preferentially adsorb at the Zn, bridge of Zn- Zn, bridge of Zn-O and O sites, respectively. The potential energy profiles for H2O splitting into H2 and O2 on ZnO-ZnS nanotubes were constructed using the nudged elastic band (NEB) method. The reaction barrier of forming H2O is 40.56 kcal/mol on the clean ZnO SWNTs, while it is 14.45 kcal/mol on the clean ZnO-ZnS SWNTs. The reaction barrier of forming H2 is 88.65 kcal/mol on the clean ZnO SWNTs, which is lower than it is on the clean ZnO-ZnS SWNTs by 4.58 kcal/mol. During the H2O dissociation on Zno-ZnS heterojunction, O2 is formed on the inside wall of nanotubes due to oxygen of H2O is penetrated from outside to inside wall.【关键词】氧化锌纳米管 钯团簇 硫化氢解离 水解离 密度泛函【英文关键词】zinc oxide nanotubes pd nanoclusters H2S splitting water splitting DFT【备注】索购全文在线加好友 ：1-3-9-9.38-8-4-8同时提供论文发表委托和一对一论文写作指导服务。【目录】氧化锌纳米管分解H_2S，H_2O制氢的密度泛函理论研究摘要4-6ABSTRACT6-7第一章 文献综述11-271.1 纳米材料11-121.2 纳米材料的性质和应用12-141.3 一维氧化锌纳米材料14-151.4 一维氧化锌纳米管的制备方法15-171.4.1 模板生长法161.4.2 电化学沉积法161.4.3 气相沉淀法16-171.4.4 溶液合成法171.5 一维氧化锌纳米材料的应用17-191.6 一维氧化锌纳米材料的研究进展19-201.6.1 钯纳米团簇191.6.2 气体分子在钯的和氧化锌上吸附性质19-201.6.3 硫化氢分子的吸附以及化学反应201.7 研究目的和内容结构20-231.7.1 研究目的20-211.7.2 研究内容21-23参考文献23-27第二章 密度泛函理论27-392.1 第一性原理272.2 密度泛函理论27-332.2.1 Hartree-Fook近似28-292.2.2 HohenberKohn定理292.2.3 Kohn-Sham(K-S)方程29-332.3 态密度和带能33-342.4 几个DFT计算方法中处理交换.相关项的近似方案34-382.4.1 局域密度近似(the local-Density Approximatin，LDA)34-352.4.2 梯度矫正法(Gradient Corrected Methods)35-362.4.3 杂化方法36-38参考文献38-39第三章 氧化锌纳米管吸附小分子气体的密度泛函研究39-493.1 前言393.2 计算模型39-403.3 计算结果与分析40-443.3.1 Pd_(1.6)团簇在ZnO(5，5)的纳米管上的粘附性质40-423.3.2 小分子气体(O_2,H_2和CO)在ZnO(5，5)的纳米管上的吸附性质42-433.3.3 小分子气体(O_2)在ZnO(5，5)的纳米管上的吸附性质43-443.4 本章小结44-45参考文献45-49第四章 氧化锌纳米管分解H2S,H20制氢49-754.1 前言494.2 计算模型49-504.3 H_2S，HS，S和H在完美的氧化锌纳米管上的吸附50-584.3.1 H_S在完美的以及氢化的氧化锌纳米管上的吸附514 3 2 HS，S和H在完美的氧化锌纳米管上的吸附51-524.3.3 H_2S在完美的氧化锌上的解离过程的反应机理52-584 4 H_2S，HS，S和H在硫化1/4 的氧化锌纳米管上的吸附58-664.4.1 H_2S在硫化1/4 的氧化锌纳米管上的吸附58-594.4.2 HS，S和H在硫化1/4 的氧化锌纳米管上594.4.3 H_2S在氧化锌.硫化锌上的