hcn在fe、co和ni表面吸附密度泛函理论的分析

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1、Ph.D.DissertationDensityFunctionalTheoryStudyintotheHCNadsorptiononthesurfacesofFe,CoandNiBy:ZhendongXinSupervisor:Prof.QiaolingLiNorthUniversityofChinaApril10,2013原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责

2、任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文HCN在Fe、Co和Ni表面吸附的密度泛函理论研究摘要吸附是多相催化反应必经和基本的步骤，催化剂只有能够化学吸附反应物，才能起到催化作用。腈类化合物

3、催化加氢机理被认为是从腈类化合物在催化剂表面上吸附、解离开始的，该过程已被确定为腈类催化加氢的速率控制步骤。Fe、Co和Ni是重要的过渡金属催化剂，近年来已被广泛应用于催化反应中。探究HCN在Fe、Co和Ni表面的吸附对于过渡金属催化机理的研究和催化剂性能的改进具有重要意义。具体研究内容如下：(1)采用密度泛函方法在1/4覆盖度上计算了HCN在Fe(100)、Fe(111)和Fe(110)表面吸附的20种结构及其吸附能。结果表明，在Fe(100)上，最优吸附构型为HCN吸附在表面上的fourfold位，其中C≡N键与四个相邻的Fe原子成键，吸附能为–1.928eV；33在Fe

4、(111)表面，最稳定构型为HCN分子中C≡N键平行吸附的f-η(N)-h-η(C)，吸附能为–1.347eV；在Fe(110)上，最优构型是HCN位于两个long-bridge位，其吸附能为–1.777eV。平行吸附的吸附能比垂直吸附的吸附能大。Mulliken电荷及态密度分析揭示了HCN在Fe(100)、Fe(111)和Fe(110)面上的成键机理。吸附的HCN在表面上形成非线性弯曲的吸附结构有利于加氢反应的发生。推测了Fe可能增强双金属催化剂对腈类化合物催化加氢活性的原因。(2)采用密度泛函方法在1/4覆盖度上计算了HCN在Co(100)和Co(110)表面吸附的13种

5、结构及其吸附能。结果表明，在Co(100)上，最优吸附构型为HCN吸附在表面上的fourfold位，其中C≡N键与四个相邻的Co原子成键，吸附能为–1.836eV；在Co(110)上，最优构型是HCN位于两个fourfold-long位，其吸附能为–1.580eV。相似于以前研究的HCN/Co(111)，平行吸附的吸附能比垂直吸附的吸附能大，而且前者使HCN的C≡N键变得更弱。这样，C≡N键的活性在平行吸附的复合物中更高，氢化反应更容易进行。吸附的HCN在表面上形成非线性弯曲的吸附结构有利于加氢反应的发生。Mulliken电荷布居分析揭示了HCN在Co(100)和Co(110

6、)面上的成键机理。(3)针对乙腈加氢反应机理的研究，采用密度泛函方法计算了HCN在Ni(111)、I中北大学学位论文Ni(100)和Ni(110)表面上的吸附，并在1/4覆盖度的基础上讨论了表面吸附结构及吸附能。结果表明，在Ni(111)表面，最稳定的吸附构型为HCN分子中C≡N键几乎平行吸33附在表面上，其吸附结构f-η(N)-h-η(C)，吸附能-1.369eV。在Ni(100)上，最优吸附构型为HCN吸附在表面上的fourfold位，其中C≡N键与四个相邻的Ni原子成键，吸附能为-1.932eV。在Ni(110)上，HCN吸附构型与在其它两个表面相类似，HCN位于两个l

7、ong-bridge位，其吸附能为-1.780eV。同时，也通过电子电荷及态密度分析了HCN在Ni(111)、Ni(100)和Ni(110)表面上的成键机理，表明吸附的HCN在表面上重新杂化，形成非线性弯曲的吸附结构，这更有利于加氢反应的发生。2+(4)利用DFT-B3LYP/6-311++G**和MP2(full)/6-311++G**方法计算了由M2+(M=Fe,Co,Ni)和HCN形成的二聚体以及M和HCN（1：2）形成的三聚体体系的结构2+2+和性质。考查了氢键(N···H或π···H)和N··