催化学报

催化学报 ›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (5): 433-439.

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PdxNi/C催化剂增强机理的密度泛函理论研究

王亮, 王毅, 宋树芹, 沈培康   

  1. 中山大学物理科学与工程技术学院光电材料与技术国家重点实验室, 广东广州510275
  • 出版日期:2009-05-25 发布日期:2013-02-05

Density Functional Theory Study on the Mechanism for Enhanced Activity of PdxNi/C Catalysts

WANG Liang, WANG Yi, SONG Shuqin*, SHEN Peikang#   

  1. State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics and Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, Guangdong, China
  • Online:2009-05-25 Published:2013-02-05

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被引次数

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摘要： 通过交替微波法制备了 PdxNi/C (x = 1~4) 催化剂, 并对其形貌、结构及电化学性能进行了表征. 结果表明, 通过在 Pd 中掺杂 Ni 原子, 其对氧还原反应 (ORR) 的催化活性较纯 Pd 的高. 同时采用密度泛函理论 (DFT) 计算了一系列简化的团簇模型. 计算结果表明, 随着 Ni 的加入, 纳米颗粒的最高占据轨道 (HOMO) 与最低空轨道 (LUMO) 能级增加, 且两能级间隙 (HLG) 减小. 因此在 ORR 中, 一方面由于 LUMO 被抬高, 降低了电子亲和能, 带负电的催化剂颗粒更易将电子传递给 O2, 另一方面由于 HLG 减小, 电中性颗粒 HOMO 上的电子也容易失去. 这两方面的作用使其对O2 还原活性得以增强. Fukui 指数结合 DFT 方法和 Mulliken 布居分析指出, 表面的 Pd 原子为催化剂团簇的活性中心

关键词: 钯, 镍, 氧还原, 燃料电池, 团簇模型, 密度泛函理论

Abstract: By introducing Ni atoms, the out layer electrons of the Pd cluster become more easily to transit from the d sub-orbital of Pd to the p orbital of O2 and pass more charge to oxygen. The more charge the oxygen owns, the longer the bond length becomes, and more easily for the O–O bond to break up. Thus, oxygen reduction reaction activity is enhanced.

Key words: palladium, nickel, oxygen reduction reaction, fuel cell, cluster model, density functional theory