单斜氧化锆表面水合和脱水的动态模拟（英文）

作者：夏广杰; 王阳刚^*

来源：Chinese Journal of Chemical Physics, 2022, 35(04): 629-656.

• 氧化锆
• 第一性原理分子动力学
• 表面水合
• 相图
• 煅烧

常用的氧化物负载金属催化剂通常在水相中制备,且在使用前常常需要经过煅烧.因此,氧化物载体表面的水合和脱水过程对于负载型金属催化剂的真实建模至关重要.通过第一性原理分子动力学模拟,本文考察了温和温度下无水单斜氧化锆(■)表面在显式溶剂水中的演化.在模拟过程中,所有的双重配位桥位氧位点很快被溶剂水质子化,形成酸性羟基(HOL),并在锆原子上留下碱性羟基(HO*).这些碱性羟基(HO*)可以与表面未解离的吸附水分子(H2O*)进行活跃的质子交换,进而在表面自由扩散.在273 K到373 K的温度范围下,第一性原理分子动力学水相模拟可以得到一种较为确定的、有代表性的平衡水合单斜氧化锆(■)表面,其表面锆原子上覆盖度(θ)为0.75.随后,为了模拟低于800 K的温和煅烧温度下的表面脱水过程,本文使用密度泛函理论计算了表面水分子的逐步脱附自由能.通过获得表面的脱水相图,总结了不同煅烧温度下有代表性的、部分水合的单斜氧化锆(■)表面(0.25≤θ<0.75).这些水合单斜氧化锆(■)表面具有重要的理论意义,可以方便快捷地被应用于氧化锆催化剂及氧化锆负载金属催化剂的真实建模与模拟.

• 单位
  南方科技大学