學位論文
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Item 二氧化碳氫化反應、Fischer-Tropsch 合成反應在M(111) (M = Fe、W) 表面之理論計算研究(2011) 李涵榮; Li, Han-Jung摘 要 第一部分 : 二氧化碳在Fe(111) 及W(111) 表面氫化反應探討 我們使用密度泛函理論來研究二氧化碳在Fe(111)及W(111) 表面的氫化反應，包括: 產物的結構、吸附能並計算氫化反應之位能圖。計算結果顯示，在Fe(111) 及W(111) 表面，二氧化碳的氫化反應有很相似的路徑，但在能量上卻有很大的不同。在Fe(111)表面，氫化產生Formate (HCOO) 和Carboxyl (COOH) 的反應能障分別為0.72 和1.75 eV，在W(111)表面則為0.79 和 2.91 eV。兩者都傾向生成Formate (HCOO-vertical) 產物。而Formate後續的氫化反應，結果顯示在Fe 及W表面都不傾向產生甲酸，而若要產生甲醇，則速率決定步驟在兩表面皆為最後一個氫化步驟，CH3O + H → CH3OH，反應能障分別為1.71 eV(Fe) 和2.18 eV(W)。為了瞭解吸附物和表面的交互作用，我們也提出電子結構等相關資訊輔以討論。 第二部分 : Fischer-Tropsch合成反應在Fe(111) 及W(111) 表面可能的反應機構探討 我們使用密度泛函理論來研究Fischer-Tropsch合成反應在Fe(111)及W(111) 表面可能的反應機制，其中包括CO的活化反應、CHx (x = 0~3) 的氫化反應及C-C單體結合反應。結果顯示不論在Fe(111)或W(111)表面，CO並不會直接斷C-O鍵，反而傾向先和表面的H原子進行氫化反應，生成中間物CHO，接著才解離C-O鍵。 CHx (x = 0~3)的選擇性，在Fe(111) 及W(111)表面，皆以CH佔大多數。最後，在Fe(111)表面，C-C 單體結合反應，傾向以CH + CH的方式進行，反應能障為0.54 eV。而在W(111)表面則可能以CO + CH 或CH + CH方式進行，能障分別為0.26 eV 和0.35 eV。為了瞭解吸附物和表面的交互作用，我們也提出電子結構等相關資訊輔以討論。Item 以理論計算的方式研究乙炔在金屬Fe(111)和W(111)以及Fe-W(111)雙金屬表面的氫化反應(2012) 張鈞智; Chun-Chih Chang本篇藉由密度泛函理論來研究乙炔分子在催化表面進行選擇性氫化反應，並且能夠順利使乙炔分子100%由氫化的方式轉換成乙烯。在我們的計算結果顯示出，利用Fe原子取代W(111)表面最上面兩層W原子形成的Fe(1,2)@W(111)表面有最好氫化選擇性效果。在乙炔氫化選擇性的反應中主要會有三種路徑發生：(1) 乙炔直接氫化至乙烯且可以順利於表面上脫附；(2) 乙炔過度氫化至乙烷；(3) 乙炔氫化至乙烯後進行C-C斷鍵形成兩個CH¬2吸附在表面。我們也針對其他雙金屬催化表面進行相同的反應(Fe(111)、W(111)以及利用不同層數所組合而成的Fe-W(111)雙金屬(在W(111)上以一層Fe原子取代形成Fe(1)@W(111)；在Fe(111)上以一層W原子取代形成W(1)@Fe(111)以及在Fe(111)上以兩層W原子取代形成W(1,2)@Fe(111))。在Fe(1,2)@W(111)表面上形成乙烯所需誇越的活化能只要0.84eV；而C¬2H4進行氫化形成C2H5所需經過的能障為2.43eV，若進行乙烯的C-C斷鍵反應則需要跨越2.27eV的活化能。以上兩種反應途徑皆較形成乙烯後直接於表面脫附(0.42eV)的能量來得高。因此在Fe(12)@W(111)表面能夠有效提升C2H2氫化的反應活性以及達到將乙烯脫附的的效果。