乙醇燃料电池催化反应机理的第一性原理研究

乙醇在金属表面的电化学氧化是乙醇燃料电池中最为重要的催化过程。由于该反应的选择性低，难实现全氧化，大大阻碍了乙醇燃料电池的实际应用。为了研究该反应的微观机理，本课题将发展第一性原理的密度泛函（DFT）并行计算方法来模拟电化学条件下的金属/水界面系统。由于研究系统大（纳米尺度），原子数多，研究将基于以受限轨道为基组（confined orbital）的DFT方法，构建及优化金属的受限轨道基组，以提高计算效率；引入真空反电荷极板，编写电化学计算模块，求解带电表面在不同电压条件下的总能量；逐步优化过渡态，寻找较优反应路径，并舍弃过高活化能反应通道，求解复杂催化体系的选择性问题。在这些方法的基础上，研究乙醇在金属表面的电化学全氧化机理，通过动力学模拟，寻找反应的关键步骤，理解合金等添加物对反应活性以及选择性的影响，提出醇类在金属表面氧化的基本规律，为预测及实验寻找能更好氧化乙醇的新材料奠定基础。