بررسی خواص الکترونی نانوکاتالیزگرهای طلا و اثر فلزات cu، pt و fe بر روی فعالیت کاتالیزگری آنها با استفاده از روش های مکانیک کوانتوم

در این رساله، در بخش اول ویژگی های الکترونی و ساختاری سطوح دوفلزی au/m (که m عبارتست از فلزات pt، cu و fe) در نتیجه اثرات فضایی و لیگاند القاء شده به وسیله فلز دوم مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه پیوند اکسیژن اتمی بر روی سطح تک فلزی (100)au و همچنین بر روی سطوح دوفلزی (100)au/m بررسی شده است. در این بررسی، وابستگی این برهمکنش به ترکیب سطح au و پوشش اکسیژن سطح مدنظر قرار گرفته است. اینکه چگونه حضور فلز دوم می تواند خواص الکترونی و شیمیایی سطوح دوفلزی و در نتیجه جذب اکسیژن را اصلاح نماید. در پایان با توجه به اهمیت اصلاح واکنش کاهش اکسیژن در فعالیت پیل های سوختی، انرژی جذب و جایگاه های جذب پایدار برای حدواسط های این واکنش بر روی سیستم های فلزی مورد بررسی قرار گرفته است. کلیه محاسبات با استفاده از نرم افزار کوانتوم اسپرسو بر اساس نظریه تابعی چگالی با تقریب گرادیان تعمیم یافته انجام شده است. پس از بهینه سازی ساختارها؛ محاسبات مربوط به چگالی حالت ها، مرکز نوار d، انتقال بار الکترونی و انرژی های جذب حدواسط های واکنش کاهش اکسیژن انجام شده است. مرکز نوار d سطحی برای سیستم های دوفلزی au/m در مقایسه با سیستم تک فلزی (100)au دچار تغییر شده است. انرژی جذب اکسیژن اتمی در پوشش سطح ml125/0 بر روی سطح (100)au و سطوح دوفلزی (100)au-pt، (100)au-cu، (100)au-fe، (100)au-pt-au، (100)au-cu-au و (100)au-fe-au به ترتیب برابر 60/275، 96/417، 79/427، 72/386، 38/283، 55/275 و kj/mol71/280 به دست آمده است. ضعیف ترین انرژی جذب برای سیستم au-cu-au مشاهده شده است که با بیشترین جابجایی مرکز نوار d سطحی آن از سطح فرمی در توافق است. نتایج نشان دادند که فقط در برخی موارد، دانسیته حالت ها در سطح فرمی با انرژی جذب اکسیژن همبستگی دارد. در بررسی حدواسط های واکنش کاهش اکسیژن، نقش مهم جذب گونه های هیدروکسیل (oh) بر روی سطوح کاتالیزگری معلوم شده است. گونه های oh به شدت بر روی سطوح کاتالیزگری جذب شده و با اشغال جایگاه های فعال جذب، سینتیک واکنش کاهش اکسیژن را کاهش می دهند. قوی ترین انرژی جذب oh مربوط به سطح (100)au-pt-au است. پس حضور تک لایه زیرین از pt در این سیستم دوفلزی به اشغال جایگاه های فعال سطحی توسط گونه های oh کمک کرده است و از این نظر کاتالیزگر مناسبی برای واکنش کاهش اکسیژن محسوب نمی شود.