【摘 要】
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Zn掺杂Cu2(OH)2CO3制备的(Cu1-xZnx)2(OH)2CO3是Cu/ZnO催化剂重要的前驱体之一.目前文献报道Zn最大的取代量为x≈0.27[1],难以进一步提高,且对Zn取代量上限的理论原因及Z
【机 构】
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太原理工大学,煤化工研究所煤科学与技术教育部和山西省重点实验室,030024
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Zn掺杂Cu2(OH)2CO3制备的(Cu1-xZnx)2(OH)2CO3是Cu/ZnO催化剂重要的前驱体之一.目前文献报道Zn最大的取代量为x≈0.27[1],难以进一步提高,且对Zn取代量上限的理论原因及Zn掺杂Cu2(OH)2CO3晶体的微观分子结构尚不清楚.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了(Cu1-xZnx)2(OH)2CO3(x = 0,0.125,0.25,0.375 and 0.5)的能量、结构及电子性质.计算结果发现,当Zn取代比例为x = 0.25时,其形成能达到最低值(0.703 eV),(Cu0.75Zn0.25)2(OH)2CO3晶体结构最稳定且Jahn-Teller效应最弱,且其在费米能级处的态密度值最低亦表明其晶体结构最稳定,从理论上证明了文献报道的Zn最大取代量为0.27的实验结果.几何优化得到的晶胞参数与平均键长值与实验结果[1]一致,证明采用的计算方法和模型可靠.由电荷布居分析、电荷密度差和态密度等电子性质的计算结果可知,Zn–O键的共价性强于Cu–O键,且随着掺杂比例x的增加,(Cu1-xZnx)2(OH)2CO3晶体的共价性逐渐增强.另外,计算还发现Zn掺入Cu2(OH)2CO3晶格中会优先占据Cu2位,与晶体场理论及实验研究结果[2]相符.本文研究结果为制备高活性及稳定性的Cu/ZnO催化剂提供了基础理论依据.
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