Keggin型多酸负载的单原子催化剂(M1/POM, M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW12O40]3-)活化氮气分子的密度泛函理论计算研究

doi:10.3866/PKU.WHXB201707071

物理化学学报 >> 2018, Vol. 34 >> Issue (3): 270-277.doi: 10.3866/PKU.WHXB201707071

Keggin型多酸负载的单原子催化剂(M₁/POM, M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-)活化氮气分子的密度泛函理论计算研究

尹玥琪,蒋梦绪,刘春光*()

东北电力大学化学工程学院，功能材料化学研究所，吉林吉林 132012

收稿日期:2017-05-22 发布日期:2017-12-18
通讯作者: 刘春光 E-mail:liucg407@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(21373043)

DFT Study of POM-Supported Single Atom Catalyst (M₁/POM, M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-) for Activation of Nitrogen Molecules

Yueqi YIN,Mengxu JIANG,Chunguang LIU*()

Institute of Functional Material Chemistry, College of Chemical Engineering, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, Jilin Province, P. R. China

Received:2017-05-22 Published:2017-12-18
Contact: Chunguang LIU E-mail:liucg407@163.com
Supported by:
the Natural Science Foundation of China(21373043)

摘要/Abstract

摘要：

采用量子化学密度泛函理论(DFT)结合自然键轨道(NBO)分析的方法对一系列以多酸为载体的单原子催化剂(SACs)(M₁/POM (M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-)的分子几何、电子结构及红外光谱进行计算。结果表明，Pt₁/POM对N₂分子具有潜在的活化能力，Pt₁/POM与N₂相互作用主要来自于由金属Pt的d_xz和d_yz轨道与N₂的π^*反键轨道重叠，金属Pt的d_xz、d_yz轨道上的电子填充到了氮气的π^*反键轨道上弱化了N≡N成键，导致了N≡N之间的键长增大，有效的活化了氮气分子。对它们红外光谱的分析表明，Keggin型多酸负载金属后W―O_c―W振动吸收峰发生劈裂，产生了五个典型的红外特征吸收峰。

关键词: 单原子催化剂, 人工固氮, 密度泛函理论, 电子结构, 红外光谱

Abstract:

Molecular geometries, electronic structure, and infrared spectroscopy of a series of polyoxometalate (POM)-supported single atom catalyst (SACs) (M₁/POM (M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-) have been studied based on density factional theory (DFT) combined with natural bond orbital (NBO) analysis method. The results show that Pt₁/POM has a higher reactivity for activation of N₂ relevant to the others. The interaction between the isolated Pt atom and N₂ arises from an orbital mixture, which is formed by the d_xz and d_yz orbital of Pt atom and the π* anti-bond orbit of N₂ molecule. The electron transfer from Pt atom to the nitrogen molecule leads to a weakened N≡N bond. The N≡N bond distance increases when compared with the free N₂ molecule. All results indicate an effective activation of the nitrogen molecules. For DFT-derived IR spectra, the four characteristic peaks of Keggin-type POM split into five because of introduction of the isolated metal atom.

Key words: Single atom catalyst, Artificial nitrogen fixation, Density functional theory, Electronic structure, Infrared spectroscopy

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尹玥琪,蒋梦绪,刘春光. Keggin型多酸负载的单原子催化剂(M₁/POM, M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-)活化氮气分子的密度泛函理论计算研究[J]. 物理化学学报, 2018, 34(3), 270-277. doi: 10.3866/PKU.WHXB201707071

Yueqi YIN,Mengxu JIANG,Chunguang LIU. DFT Study of POM-Supported Single Atom Catalyst (M₁/POM, M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-) for Activation of Nitrogen Molecules[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34(3), 270-277. doi: 10.3866/PKU.WHXB201707071

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201707071

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Keggin型多酸负载的单原子催化剂(M₁/POM, M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-)活化氮气分子的密度泛函理论计算研究

DFT Study of POM-Supported Single Atom Catalyst (M₁/POM, M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-) for Activation of Nitrogen Molecules

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