Ni，Pd，Pt负载α-MoC催化水煤气变换反应理论

史 肖，邹雪燕，黄 伟，左志军

(1.太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室,山西 太原 030024; 2.太原理工大学 煤科学与技术教育部重点实验室,山西 太原 030024)

水煤气变换反应(WGS，CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g))是CO去除和H2制备的途径[1]，也是合成气转化过程中的重要反应，如甲醇合成[2]和费托合成[3]。常见的WGS反应催化剂有Au，Cu，Pd，Ni和Pt基等催化剂[4-8]。为了提高催化剂的活性，通常通过添加助剂[9-12]或改变载体[13-15]的方法。

过渡金属碳化物是一种金属间填充型化合物，是由碳原子填隙式融进过渡性金属的晶格中形成。由于其表面性质和催化活性类似于Pt等贵金属，目前广泛应用于催化加氢、脱氢、WGS和异构化等反应[16-17]。如，Au/α-MoC用于WGS反应时，反应速率和CO转化率分别是Cu/Zn/Al2O3催化剂的354倍和17.8倍[18]，同时Au/α-MoC催化剂的活性明显优于Au/β-MoC。α-MoC对WGS反应起到了重要的作用，因此，笔者选取了α-MoC作为载体。

理论计算结果显示，α-MoC(111)载体对WGS反应没有催化效果，但是能够促进H2O的解离。当其负载Au和Cu后能够提高WGS反应在2种催化剂表面的活性[18-19]。Pd，Ni，Pt基催化剂也是WGS反应的常用催化剂，为了进一步了解α-MoC载体在WGS反应中的作用和WGS反应机理，笔者使用密度泛函理论(DFT)和动力学蒙特卡罗(KMC)方法系统的研究这3种金属负载α-MoC催化剂上的WGS反应过程，研究不同反应温度时的反应速率和催化转换频率(TOF)，并对WGS反应催化剂的优化提供指导。

1 计算方法和模型

计算使用VASP软件[20-22]，采用了GGA-PBE泛函求解电子交换相关能[23]。平面波截断能取值为 415 eV，布里渊区的k点选择 3×3×1[24]。在结构优化的过程中当力的变化小于0.1 eV/nm和能量的变化小于1.0×105eV/atom时达到收敛标准。……