PdAu(111)表面CO氧化的第一性原理研究：Pd原子的关键作用

"PdAu(111)表面上一氧化氧化碳反应的第一性原理研究" 在本文中，袁定旺和刘自然运用基于平面波赝势的第一性原理方法，结合弹性能带模拟技术，深入探讨了Pd修饰的Au(111)表面上一氧化碳(CO)的氧化反应过程。这项研究受到了高等学校博士学科点专项基金的资助，主要作者袁定旺是湖南大学材料科学与工程学院的副教授，专注于纳米团簇和金属表面催化材料的理论研究。 研究结果显示，Pd原子在Au(111)表面上的修饰对于CO的氧化至关重要。尤其是当Pd原子形成近邻结构时，如Pd dimer（二聚体）和Pd trimer（三聚体），它们能够显著影响CO+O2反应的活性。在Pd dimer上，CO的氧化过程经历了一个两步反应机制，首先是CO与O2结合形成OOCO中间体，然后这个中间体分解为CO2和O。这一过程中的关键能量壁垒仅为0.29eV，显示出Pd dimer具有较高的催化活性。 相比之下，在Pd trimer上，相同反应的能量壁垒增加到0.69eV，这表明Pd dimer比Pd trimer更有利于CO的氧化反应。这种差异归因于Pd原子间的相互作用以及它们对氧分子和一氧化碳吸附的影响。 理论计算进一步揭示，PdAu(111)表面的CO氧化反应遵循association mechanism（AM）机制，即反应物首先在催化剂表面吸附并形成中间体，随后经历化学转换。这种机制对于理解Pd修饰的Au(111)表面催化性能具有重要意义。 关键词涉及计算物理、金团簇、一氧化碳氧化以及第一性原理计算，表明该研究结合了量子力学的基本原理来分析催化反应的微观过程。中图分类号O469表示这是物理学领域的研究，而15Catalyticactivity则强调了研究的核心是催化剂的活性。 该研究提供了关于PdAu(111)表面催化CO氧化的深入见解，为设计高效催化剂和理解催化反应动力学提供了理论基础。通过第一性原理计算，研究者揭示了Pd修饰如何影响Au(111)表面的催化活性，这对于未来开发新型催化剂，尤其是在环境净化和能源转化领域具有实际应用价值。