[發(fā)明專利]一種研究氫氣在釤釓摻雜二氧化鈰表面氧化反應(yīng)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910072398.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN109616162B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱后禹;侯永春;張恒馳;劉東源;丁雪飛;孟國棟;于澤華;郭文躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G16C20/30
• 分類號(hào): G16C20/30
• 代理公司: 北京匯捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

1.一種研究氫氣在釤釓摻雜二氧化鈰表面氧化反應(yīng)的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1：利用MS軟件構(gòu)建二氧化鈰的周期性結(jié)構(gòu)，對(duì)二氧化鈰做切面構(gòu)建原胞并拓展為超晶胞；構(gòu)建釤/釓在二氧化鈰超晶胞中所有的摻雜模型，使用VESTA軟件將搭建好的計(jì)算模型轉(zhuǎn)換成VASP軟件包計(jì)算所必需的POSCAR模型結(jié)構(gòu)性文件；

步驟2：利用SSH遠(yuǎn)程連接工作站、超算計(jì)算資源并用VASP軟件包對(duì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得優(yōu)化后的二氧化鈰模型和最穩(wěn)定的摻雜結(jié)構(gòu)；

步驟3：利用MS軟件分別構(gòu)建氧氣分子，純二氧化鈰表面和釤/釓摻雜表面、各氧空位位置的純二氧化鈰表面和摻雜表面，使用VESTA軟件將搭建好的計(jì)算模型轉(zhuǎn)換成VASP軟件包計(jì)算所必需的POSCAR模型結(jié)構(gòu)性文件，利用VASP軟件計(jì)算氧空位形成能，確定容易形成氧空位的位置；

步驟4：利用MS軟件構(gòu)建氫氣分子在二氧化鈰和釤/釓摻雜表面各吸附構(gòu)型，并畫出二氧化鈰模型分子及氫氣反應(yīng)過程中各反應(yīng)物、中間體、產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)；使用VESTA軟件將搭建好的計(jì)算模型轉(zhuǎn)換成VASP軟件包計(jì)算所必需的POSCAR模型結(jié)構(gòu)性文件；

步驟5：利用SSH遠(yuǎn)程連接工作站、超算計(jì)算資源和VASP軟件包對(duì)步驟3中的結(jié)構(gòu)性文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得各個(gè)吸附結(jié)構(gòu)、中間體以及產(chǎn)物分子的能量，確定穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)；

步驟6：使用CI-NEB的方法來搜尋過渡態(tài)，從穩(wěn)定吸附構(gòu)型出發(fā)，在初態(tài)和末態(tài)中插入幾個(gè)狀態(tài)，一段一段的來找這個(gè)過渡態(tài)的準(zhǔn)確位置，在初態(tài)和末態(tài)中，選取了幾個(gè)狀態(tài)，對(duì)其能量進(jìn)行計(jì)算，從而得出過渡態(tài)；

步驟7：根據(jù)穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)、過渡態(tài)及產(chǎn)物的能量數(shù)據(jù)繪制勢(shì)能面，搭建氧化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；

步驟8：通過對(duì)比分析氧空位形成能、能壘、反應(yīng)能信息，判斷摻雜對(duì)于二氧化鈰表面氫氣氧化反應(yīng)的影響。

2.按照權(quán)利要求1所述一種研究氫氣在釤釓摻雜二氧化鈰表面氧化反應(yīng)的方法，其特征在于：所述步驟1中構(gòu)建超晶胞時(shí)，采用在z方向上重復(fù)的slab模型來模擬CeO₂表面，其中CeO₂表面采用3×3的二維晶胞，超晶胞由6個(gè)原子層和的真空層組成，弛豫過程固定slab底部的3個(gè)原子層，對(duì)上面的3個(gè)原子層及水分子進(jìn)行弛豫。

3.按照權(quán)利要求1所述一種研究氫氣在釤釓摻雜二氧化鈰表面氧化反應(yīng)的方法，其特征在于：所述步驟3中進(jìn)行過渡態(tài)搜索時(shí)，在搜尋過渡態(tài)的過程中，使用CI-NEB方法，在反應(yīng)物與產(chǎn)物之間插入一定數(shù)量的中間體構(gòu)型，作為反應(yīng)鏈條，每相鄰的兩個(gè)中間體構(gòu)型間距相等，并在間距之間存在一個(gè)彈簧力，這個(gè)彈簧力保證每?jī)蓚€(gè)中間體構(gòu)型間距相等，真實(shí)存在的力也不會(huì)使這個(gè)間距發(fā)生變化，位于接近鞍點(diǎn)的構(gòu)型不會(huì)受到彈簧力的作用，這個(gè)構(gòu)型會(huì)自由弛豫到準(zhǔn)確過渡態(tài)的位置，從而得到的反應(yīng)過程中所需跨越的最高能壘。