納米金催化一氧化碳氧化反應(yīng)的理論研究

編號：NMJS06112

篇名：納米金催化一氧化碳氧化反應(yīng)的理論研究

作者：孫科舉[1,2]

關(guān)鍵詞：一氧化碳氧化反應(yīng) 金納米粒子 反應(yīng)機理 理論計算 相對論效應(yīng)

機構(gòu)： [1]燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,應(yīng)用化學(xué)重點實驗室,河北秦皇島066004; [2]中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所,催化基礎(chǔ)國家重點實驗室,金催化研究中心遼寧大連116023

摘要： 近年來，納米金催化劑獨特的催化性質(zhì)，特別是其優(yōu)異的低溫催化氧化活性，引起了人們極大的研究熱情.除低溫選擇氧化外，在精細化學(xué)品合成、大氣污染物消除、氫能的轉(zhuǎn)換和利用等領(lǐng)域也開發(fā)出了一系列有廣泛應(yīng)用前景的金催化反應(yīng).此外，體相金的化學(xué)惰性和納米金的超高活性之間差異的“鴻溝”也引起了理論工作者濃厚興趣，試圖從原理上理解體相金和納米金活性差異的根源. CO催化氧化是最具有代表性的研究金催化活性的化學(xué)反應(yīng)，本文主要綜述了近十多年來金催化 CO氧化反應(yīng)理論計算方面的研究工作.一般認為， CO在納米金表面的吸附是 CO氧化反應(yīng)的初始步驟.密度泛函理論研究表明， CO在金表面的吸附強度主要與被吸附金原子的配位數(shù)有關(guān)：金配位數(shù)越低， CO的吸附能越強，部分研究結(jié)果表明兩者之間存在近似的線性關(guān)系.我們研究發(fā)現(xiàn)， CO吸附強度也與被吸附金周圍配位金原子的相對位置有關(guān)，其中位于正下方的配位金原子加強 CO吸附，而位于側(cè)位的配位金原子則弱化 CO吸附，這顯然削弱了 CO吸附與金配位數(shù)線性關(guān)系的可靠性.理論研究表明，在純金表〈br〉 面上 O2吸附強度一般很弱，只有在一些特殊結(jié)構(gòu)的金團簇上才有較強的吸附，但在 Au/TiO2界面及 CeO2表面上 O2吸附較強.金表面原子氧的吸附和金的表面結(jié)構(gòu)有關(guān).我們發(fā)現(xiàn)，原子氧傾向于在金的表面形成一種線性的 O–Au–O結(jié)構(gòu)以增加其穩(wěn)定性.當金表面的氧覆蓋度增大時，會形成一種金氧化物薄膜結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)依賴于氧的化學(xué)勢和金的表面結(jié)構(gòu).納米金催化 CO氧化反應(yīng)機理可能因體系、載體等的差異而不同.大部分理論計算結(jié)果表明，在純金表面上 O2很難直接解離形成原子氧，因此反應(yīng)機理可能是吸附的 CO先與 O2反應(yīng)形成了一種 CO–O2中間體，然后解離形成 CO2.在 Au