Pd(111)与Pt(111)上NO氧化的第一性原理研究

摘要

随着排放法规的日益严格，发动机的氮氧化物(NO_x)后处理已成为当今研究的重点问题．针对目前可有效降低稀燃汽油机NO_x的稀燃氮氧化物捕集器中铂(Pt)和钯(Pd)两种贵金属之间的替换问题，进行了密度泛函理论(density functional theory,DFT)计算研究．首先，对一氧化氮(NO)、氧气(O_2)、二氧化氮(NO_2)在两种催化剂(111)表面的吸附进行了研究，之后，在两催化剂表面对比研究了氧化过程中涉及的O_2解离与NO氧化两反应过程，揭示了NO在Pd与Pt催化剂上的氧化机理．结果显示：3种物质在催化剂表面的吸附强度为NO>O_2>NO_2．氧覆盖度将会改变氮氧化物的最佳吸附构型，随着表面氧原子的增加NO会由三重空位式吸附转变为顶点吸附，NO_2会由μ-N,O-亚硝基吸附转变为硝基吸附．在O_2解离过程中Pt的催化能力优于Pd，但是两者对NO氧化的催化能力接近．在Pd和Pt表面反应限速步骤都是O_2的解离，Pd对O_2较弱的解离能力导致了其NO的转化效率低于Pt．氧覆盖度对氧化过程存在影响，通过电子结构分析发现，氧覆盖度的提升使催化剂与吸附物质之间的吸附能下降，这导致了反应由吸热变为放热，使催化可以自发进行．反应生成的NO_2需要1.00 eV以上的能量完成脱附，这在原子层面解释了NO_2对NO氧化反应的抑制作用．

关键词

稀燃氮氧化物捕集器 / 第一性原理 / 铂族催化剂 / 一氧化氮氧化

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51976136,51576140); 移动源排放控制技术国家工程实验室开放基金资助项目(NELMS2019-B01,NELMS2017A02); 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室开放基金资助项目(KF1818)