纳米金催化一氧化碳氧化反应的理论研究

编号：NMJS06112

篇名：纳米金催化一氧化碳氧化反应的理论研究

作者：孙科举[1,2]

关键词：一氧化碳氧化反应 金纳米粒子 反应机理 理论计算 相对论效应

机构： [1]燕山大学环境与化学工程学院,应用化学重点实验室,河北秦皇岛066004; [2]中国科学院大连化学物理研究所,催化基础国家重点实验室,金催化研究中心辽宁大连116023

摘要： 近年来，纳米金催化剂独特的催化性质，特别是其优异的低温催化氧化活性，引起了人们极大的研究热情.除低温选择氧化外，在精细化学品合成、大气污染物消除、氢能的转换和利用等领域也开发出了一系列有广泛应用前景的金催化反应.此外，体相金的化学惰性和纳米金的超高活性之间差异的“鸿沟”也引起了理论工作者浓厚兴趣，试图从原理上理解体相金和纳米金活性差异的根源. CO催化氧化是最具有代表性的研究金催化活性的化学反应，本文主要综述了近十多年来金催化 CO氧化反应理论计算方面的研究工作.一般认为， CO在纳米金表面的吸附是 CO氧化反应的初始步骤.密度泛函理论研究表明， CO在金表面的吸附强度主要与被吸附金原子的配位数有关：金配位数越低， CO的吸附能越强，部分研究结果表明两者之间存在近似的线性关系.我们研究发现， CO吸附强度也与被吸附金周围配位金原子的相对位置有关，其中位于正下方的配位金原子加强 CO吸附，而位于侧位的配位金原子则弱化 CO吸附，这显然削弱了 CO吸附与金配位数线性关系的可靠性.理论研究表明，在纯金表〈br〉 面上 O2吸附强度一般很弱，只有在一些特殊结构的金团簇上才有较强的吸附，但在 Au/TiO2界面及 CeO2表面上 O2吸附较强.金表面原子氧的吸附和金的表面结构有关.我们发现，原子氧倾向于在金的表面形成一种线性的 O–Au–O结构以增加其稳定性.当金表面的氧覆盖度增大时，会形成一种金氧化物薄膜结构，其结构依赖于氧的化学势和金的表面结构.纳米金催化 CO氧化反应机理可能因体系、载体等的差异而不同.大部分理论计算结果表明，在纯金表面上 O2很难直接解离形成原子氧，因此反应机理可能是吸附的 CO先与 O2反应形成了一种 CO–O2中间体，然后解离形成 CO2.在 Au