一氧化碳和氧的表面吸附致金属纳米簇催化剂微结构变化的机理研究

金属纳米簇催化剂具有非常优异的催化性能，在清洁能源、环境保护、洁净煤技术等化工领域具有非常广阔的应用背景，然而人们对其构效关系尚无充分认识。实验研究曾经发现，气体分子和原子的表面吸附可以导致金属纳米簇催化剂的微结构变化并相应地引起反应特性的变化，但是并不清楚其内在机理。本项目旨在通过建立耦合第一性原理、Monte Carlo方法、传统分子动力学和加速分子动力学方法的跨微、介尺度模拟体系，在接近真实反应环境的条件下，从电子结构和原子层次揭示CO和O的吸附导致Rh、Pd-Rh和Pd-Pt金属纳米簇催化剂结构变化的机理。在科学地解释已有实验现象的同时，预测吸附气体分子和原子对金属纳米簇微结构、热稳定性和动力学特性的影响规律，指导这一类金属纳米簇催化剂的设计和制备。

金属纳米簇催化剂具有非常优异的催化性能，在清洁能源、环境保护、洁净煤技术等化工领域具有非常广阔的应用前景，然而人们对其构效关系尚无充分认识。实验研究曾经发现，吸附气体分子与原子的作用可以导致金属纳米簇催化剂的微结构变化并相应地引起反应特性的变化，但是并不清楚其内在机理。本项目建立了一套研究气体分子和原子吸附对金属纳米簇微结构影响规律的跨微、介尺度模拟方法，此方法包含量子化学计算、Monte Carlo模拟和传统分子动力学。基于此方法从电子结构和原子层次阐明了CO/O吸附导致Au-Pd金属纳米簇微结构变化的机理并总结了CO/O对Au-Pd纳米簇微结构和热稳定性的影响规律，揭示了CO/O/OH/O2在Pd-Pt金属纳米簇表面的吸附机理并揭示吸附对金属纳米簇表面结构的影响规律，揭示了O/OH在Pt-Ni双金属合金表面和纳米簇表面的吸附机理并揭示吸附对金属纳米簇结构的影响规律，揭示了C原子吸附对Cu-Ni双金属合金表面结构，CO2分子吸附对Cu-Ni双金属纳米簇结构以及配体对Ag-Au和Au-Pd双金属纳米簇结构的影响规律，相关研究不仅可以解释实验现象还可以用于指导这一类催化剂的设计和实验制备。在项目执行期间，已在国外SCI刊物发表文章28篇，其中在影响因子大于3.0的国际刊物发表论文18篇；培养硕士研究生10名，其中两人获得硕士学位；在项目研究期间，参加国内外相关学术会议12次，举办国际学术会议1次。