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铜基催化剂在甲醇水蒸汽重整制氢反应(MSR)体系中被广泛研究。其中,尖晶石结构的催化体系在相关催化反应中具有优异的性能,尤其是其稳定性比传统负载型催化剂好。在已报道的铜基尖晶石催化剂中,CuAl2O4尖晶石催化剂具有更高的催化活性。本论文采用密度泛函理论(DFT)计算的方法研究助剂加入对尖晶石结构催化剂结构的调变机理。DFT方法计算Nin(n=1-4)负载在完整和氧缺陷CuAl2O4(100)和(110)表面。结果表明:单个Ni原子在完整CuAl2O4(100)表面最稳定,吸附能为-5.30 eV。Nin(n=1-4)吸附在氧缺陷的CuAl2O4(100)表面上不如在完整表面上稳定,然而在氧缺陷的CuAl2O4(110)表面上的吸附能与完整表面的吸附能相接近。Bader电荷和态密度(PDOS)分析表明,Ni在CuAl2O4表面的吸附伴随着从金属到载体的电荷转移。通过计算的生长能和聚合能得出:Nin团簇的生长和聚合能力遵循以下顺序:气相>γ-Al2O3(110)>CuAl2O4(110)>CuAl2O4(100)。该结果可以对 Ni 负载在CuAl2O4尖晶石上比γ-A1203具有更好的稳定性的实验现象给出合理的解释。过渡金属(Fe、Co和Ni)取代CuAl2O44尖晶石Al、Cu的结果表明Fe、Co和Ni掺入CuA12O4尖晶石的Al、Cu位点在热力学上是可行的。同时发现Ni更倾向于掺杂在尖晶石表面及体相的八面体位点,而Fe和Co更倾向于掺杂在尖晶石表面层的四面体位点,而在尖晶石体相中更倾向于八面体位点。Bader电荷和态密度(PDOS)分析表明:Fe、Co和Ni取代CuAl2O4尖晶石表面的Cu、A1位点会伴随电荷转移。电荷从Fe、Co和Ni原子到尖晶石表面的电荷转移能力顺序为Fe>Co>Ni。此外,CuAl2O4尖晶石的(100)表面比(110)表面从Fe,Co和Ni中具有更强的得电子的能力。PDOS结果表明由于带正电的Fe,Co和Ni的空轨道,在费米能级上方出现了新的峰,从而导致掺杂的CuAl2O4表面的带隙比CuAl2O4的尖晶石表面窄。M(Fe、Co和Ni)取代CuAl2O4尖晶石表面的Cu、M和O是副产物CO吸附的活性位点。CO吸附在M取代的CuAl2O44(110)表面最稳定的吸附是与晶格氧成键形成类似CO3结构,并且在金属掺杂的氧缺陷(110)表面的氧化程度更高。CO吸附在Fe取代的完整(100)表面最稳定的吸附位是二配位的Cu位,但是CO吸附在Co和Ni取代的完整(100)表面最稳定的是形成类似CO2结构,有助于CO氧化。CO吸附在氧缺陷的(100)均为表面的二配位的Cu位,不利于CO的氧化。