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过氧化氢(H2O2)是一种非常环保的氧化剂,因为它的氧化产物就是水,现目前H2O2作为漂白剂已经广泛应用于造纸、纺织、日常洗涤剂等行业。目前合成H2O2的方法是采用蒽醌法间接合成,这种方法工艺流程复杂、能耗高、污染较大,因此一直以来人们都在研究如何利用氢与氧直接合成H2O2。在各种催化剂中,钯基催化剂对该反应表现出了良好的催化活性,纯钯及其合金(在钯催化剂上添加金、铂、银、锡、镍等元素)展现出优良的表现。尽管有上述重大进展,但现有发现的钯基合金体系的选择性和活性仍不能同时达到工业化需求。单原子催化剂对于活性组分的高原子利用率和高活性有着广阔的前景,而孤立Pd原子表现出对于直接合成H2O2更好的选择性,单原子Pd催化剂可能比纯钯和钯基纳米合金颗粒催化剂更好。因此本论文以钯基催化剂为基础,利用密度泛函理论(简称DFT),分别研究了体相的Pd(111)、AuPd(111)以及单原子的Pd1/γ-Al2O3(100)用于直接法合成H2O2的性能。我们的结果表明,单原子Pd以取代而非吸附的方式固定Al2O3在表面,具有良好的稳定性。三种催化剂都非常有利于H2的解离,几乎可以自发的进行;而对于O2,在Pd1/γ-Al2O3它非常稳定,以分子氧的形式存在难以形成解离吸附,而Pd(111)、AuPd(111)对于吸附的O2均存在解离活性。能垒的结果表明,在Pd1/γ-Al2O3(100)上,H2O2的主反应能垒低于副反应,一直占据着优势地位,而Pd(111)、AuPd(111)表面均在中间产物OOH这一步表现出强大的解离能力,降低了选择性;催化剂的表现是Pd(111)
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