基于第一性原理的Fe(111)/Al_(2)O_(3)(0001)界面稳定性研究

稀贵金属催化剂催化甲烷分解效果显著但成本较高,为此,探寻低成本催化剂是实现其工业化推广的重要课题。铁基催化剂具有耐高温、价格低、性能好等优点,目前针对铁基催化剂的表面机理研究较少,催化剂界面组成及结构稳定性仍没有统一的观点。本研究基于密度泛函理论(DFT),利用第一性原理计算表面能、态密度、差分电荷密度,研究Fe(111)/Al_(2)O_(3)(0001)界面稳定性,并探讨不同端面的催化剂形成机制。结果表明:O端界面的吸附能和电荷浓度大于Al1和Al2端界面,O原子周围电荷聚集明显;Al_(1)和Al_(2)端界面的Fe和Al之间形成微弱金属键,而O端界面的Fe和Al之间形成共价键、金属键和离子键,O端共价键强度高于Al_(1)和Al_(2)端界面。因此,O端Fe/Al_(2)O_(3)催化剂相比于其他端面结合更加紧密,同时表现出更理想的催化效果,上述研究结果为制备Fe/Al_(2)O_(3)催化剂及研究其界面的形成机制提供理论基础。