李小林 袁坤 何嘉乐 刘洪峰 张建波 周阳†

1)(江西理工大学,材料冶金化学学部,赣州 341000)

2)(江西理工大学,工程研究院,赣州 341000)

采用自旋极化密度泛函理论(DFT)并结合周期平板模型的方法,研究了NH3 在TaC 表面的吸附和分解反应机理.表面能计算结果显示,以Ta 为终止的TaC(0001)面为最稳定的表面;NH3 分子通过其孤对电子优先吸附在顶位top 位,而NH2 和H 最稳定吸附位置为三重hcp 位,NH 和N 吸附在三重fcc 位.过渡态结果表明氮原子的复合反应脱附为整个反应的限速步骤.电子结构计算结果表明,NH3 分子及其片段通过其N 原子的2pz 轨道与底物Ta 的5 d z2 轨道混合吸附于表面.随着脱氢反应的进行,电荷转移现象变得逐渐明显,吸附质和底物之间的电荷转移在加速NH3 脱氢催化过程中发挥重要作用.

1 引言

氨气(NH3)催化分解制氢技术是指在固体催化剂的作用下将NH3转化为清洁燃料氢气.这项技术不仅可以消除氨气的大气污染,而且提供了一种解决质子交换膜燃料电池电极中毒的有效途径.鉴于氨气分解制氢在燃料电池领域潜在的应用价值,近年来氨气在金属[1]、合金[2,3]和金属氮化物[4]等表面吸附和催化分解引起人们广泛关注.其中金属Ru 和Ir 对氨气脱氢分解反应具有最高的催化活性,但是由于贵金属成本高、资源稀缺,难以大规模开发利用.因此,开发廉价且高效的氨分解催化剂具有重要的科学意义和实际应用价值.

过渡金属碳化物具有和Pt 相似的d 带电子密度态,作为一种潜在的能够替代……