NH3是一种富氢且具毒性的化合物,通过转化使其分解为N2和H2,一方面可以消除它对环境的污染以及人体健康的危害,又可以获得高纯度的H2,这对燃料电池的开发与研究具有重要的意义。转化和利用NH3有多种途径,其中催化分解是将NH3转化为H2的一种有效的途径。NH3的催化分解是目前研究的热点,其中存在的问题主要分为两个方面,其一是设计合适的催化剂,其二是NH3的催化分解机理。本论文针对这两个方面的问题,进行了初步的研究。本论文采用密度泛函理论,在slab模型基础上,设计了Ni单原子层负载表面,探究了Ni单原子层负载表面的电子结构与性质,在此基础上进一步研究了NH3的催化分解机理。研究结果如下:(1)对Ni单层负载表面Ni@Pt(111)进行了研究,并与Ni(111)和Pt(111)表面进行了比较。结果表明,Ni负载于Pt(111)表面后,导致与母体金属完全不同的表面弛豫行为,晶格失配而引起的表面拉伸张力使Ni的d态进一步局域化。表面层的吸附能越大,越有利于给电子分子在表面的吸附。Ni@Pt(111)表面的Ni与Pt原子的相互作用强于纯Ni(111)或纯Pt(111)表面的表层和次表层原子之间的相互作用,Ni原子在Pt(111)面的吸附能大于Ni(111)和Pt(111)面的表面原子的吸附能,更有利于NH3的吸附。Ni@Pt(111)表面功函数大于Ni(111)和Pt(111)表面,有利于给电子物质在其表面上的吸附。因此,功函数可以作为一种设计双金属催化剂的判别指标,辅助催化剂的设计。(2)在Ni@Pt(111)表面上,NH3主要通过3a1与金属Ni原子的s和dz2轨道相互作用,使其稳定吸附在顶位;NH2稳定吸附位是桥位,主要是通过NH2分子的3a1和b2轨道与Ni原子的s和dxz轨道相互作用实现的;而NH优先吸附在fcc位,是NH分子的2a1和3a1+a2轨道与Ni原子的s和dxz轨道相互作用的结果;N和H均以fcc位为稳定吸附位。对于NH3分解反应,首先探讨了逐步脱H分解机理。其中,NH2的N-H键很容易断裂生成NH和H,而NH的N-H键难以断裂生成N和H。因此,NH是整个反应过程中最主要的表面吸附物种。而N-N的重组为N2的反应需要较高的活化能,是整个反应中最慢的反应,亦即该步反应是NH3分解反应的限速步骤。(3)探究了NH3在Ni@Pt(111)面上的其它分解机理。除逐步脱氢和N重组为N2的分解机理外,我们还探究了其它可能的分解途径,主要包括以下四种路径:NH3+NH→NH2+NH2→N2H4→N2H3+H→N2H2+2H→N2H+3H→N2+4HNH3+N→NH2+NH→N2H3→N2H2+H→N2H+2H→N2+3HNH+NH→N2H2→N2H+H→N2+2HNH+N→N2H→N2+H结果发现由NH2和NH生成N2H3,再逐步脱氢也是一条可能的NH3分解途径。(4)设计了Ni@Ti C(111)表面,研究结果表明,无论是在C还是Ti暴漏的Ti C(111)面(分别记为Ti C-C(111)和Ti C-Ti(111))上,Ni原子均优先负载于fcc位。对于Ni负载的Ni@Ti C-C(111)和Ni@Ti C-Ti(111),NH3和NH2分别优先吸附于顶位和桥位,而NH在Ni@Ti C-Ti(111)和Ni@Ti C-C(111)上面上分别以hcp和fcc位吸附稳定。NH3在Ni@Ti C-Ti(111)面上的脱氢分解比Ni@Ti C-C(111)面容易。结果证明Ni@Ti C-Ti(111)面也是一种经济有效的NH3分解催化剂。