贵金属-过渡金属复合材料近年在催化领域吸引了大量的关注,实验研究发现,Ni/Au双组分纳米催化剂具有良好的催化活性。在大气环境中,催化剂的制备,储存和应用等各个环节都存在与氧气的相互作用,从而对其催化活性和活性稳定性产生一定的影响。本文利用第一性原理方法,对氧气与Ni/Au双组分表面结构的相互作用进行了研究,并与其在清洁Ni表面的吸附特性进行对照,探讨Au影响催化剂表面物理化学过程的微观机制。主要研究内容和结论如下:1.采用第一性原理方法研究了氧气分子在预吸附Au原子的Ni(111)表面的吸附行为,分析了其吸附几何结构、吸附能及态密度,并与氧气分子在清洁Ni(111)表面吸附的情况进行比较,探讨Ni金属表面预吸附Au之后,对氧气分子在其表面吸附行为的影响。计算结果表明,无论是清洁Ni(111)表面或是Au预吸附Ni(111)表面,最稳定的吸附位置都是三重洞位。与此同时,我们发现Au的预吸附对氧气分子在金属表面的解离有一定的抑制作用,与表面的相互作用也随之减弱。2.采用第一性原理方法探讨了在相同的Au原子覆盖度下,氧分子与Au原子的距离对吸附性质的影响。计算结果表明,Au原子附近的氧气分子较远离Au原子的氧气分子吸附能更低,且更趋于解离,从而促进Ni的氧化;氧气分子的解离推动了Au原子的迁移,并且它们倾向于占据三重洞位。3.采用CI-NEB方法计算了氧气分子在清洁Ni(111)表面以及覆盖度为0.33ML的Au预吸附Ni(111)表面的解离过程。结果表明,氧气分子在清洁Ni(111)表面的解离能垒为0.03 eV,在Au预吸附Ni(111)表面的解离能垒为2.81 eV。这说明随着Au组分的增加,氧气分子与金属表面的相互作用随之减弱,金属表面的活性也逐步降低,从而不利于氧气分子吸附在预吸附Au原子的Ni(111)表面的解离。这将有利于增强催化剂的稳定性以及贮存,对于氧气分子参与其他氧化反应及减少活性位点的损失来说也是有利的。4.采用第一性原理方法研究了氧气分子在不同Au浓度的Au/Ni(111)合金表面的吸附,对其吸附几何结构、吸附能及态密度进行了比较,分析了合金表面Au组分变化对氧气分子吸附在合金表面的影响。计算结果表明,无论是Au/Ni(111)合金表面或是Au预吸附Ni(111)表面,最稳定的吸附位置都是三重洞位。此外,Au组分的增加对氧气分子在合金表面的解离有一定的抑制作用,与表面的相互作用也随之减弱。5.采用第一性原理方法探讨了氧气分子与Au原子距离的变化对其在Au/Ni(111)合金表面吸附性质的影响。计算结果表明,Au原子附近的氧气分子较远离Au原子的氧气分子吸附能更低,且更趋于解离。6.采用CI-NEB方法计算了氧气分子在Au/Ni(111)合金表面的解离过程。结果表明,氧气分子在Au/Ni(111)合金表面的解离能垒为0.30 eV。这说明镍基催化剂中随着金组分的增加,氧气分子与合金表面的相互作用减弱,合金表面的活性逐渐降低,对于增强催化剂在自然环境下的稳定性,对于氧气分子参与其他氧化反应,对于减少活性位点的损失来说都是有益的。