[发明专利]基于密度泛函理论揭示纳米双金属CoNi吸附机理的方法

摘要

基于密度泛函理论揭示纳米双金属CoNi吸附机理的方法属化工技术领域，该纳米吸附剂，通过简单的还原反应在室温空气下制备，并运用基于密度泛函理论的计算机模拟辅助吸附实验结果对吸附剂的高效吸附机理进行深入分析。本发明包括下列步骤1.CoNi双金属纳米粒子的制备；2.CoNi双金属纳米粒子的吸附性能测试；3.CoNi双金属表面模型的构建；4.CoNi双金属表面模型表面性质的计算。本发明运用基于密度泛函理论计算与实验结果相结合的方法在分子原子水平上说明了CoNi双金属纳米粒子具有优于单一金属(Co或Ni)的吸附性能，并通过对表面模型表面能、功函数、态密度、表面原子电荷差分密度以及d带中心的分析揭示了CoNi双金属纳米粒子的高效吸附机理。

主权项

一种基于密度泛函理论揭示纳米双金属CoNi吸附机理的方法，其特征在于包括下列步骤：1.1CoNi双金属纳米粒子的制备包括下列步骤：1.1.1将0.2g六水合氯化钴和0.2g六水合氯化镍均匀混合；1.1.2在步骤1.1.1的混合物中加入0.2g硼氢化钠粉末，通过研磨混合均匀；1.1.3将步骤1.1.2所得的粉末溶于20mL去离子水中，至反应完全，不再产生气泡；1.1.4待步骤1.1.3所述反应完成后，用磁铁分离出溶液中的黑色产物，并用去离子水和乙醇分别将黑色产物清洗3次，室温干燥24h，得到稳定的CoNi双金属纳米粒子；1.2CoNi双金属纳米粒子的吸附性能测试：将步骤1.1.4所得的CoNi双金属纳米粒子5mg加入到50mL的刚果红溶液中，在室温下进行机械搅拌，至溶液变为无色；测试时进行四组平行实验，选取的刚果红溶液的质量浓度分别为：30、50、80和100mg L‑1；1.3CoNi双金属表面模型的构建：用材料模拟软件‑‑Materials Studio构建由28个原子组成的面心立方结构的CoNi双金属的周期性表面模型，模型中Co和Ni按原子比1：1有序排列，构建三个低指数面(100)、(110)和(111)，为防止相邻周期间的相互作用，采用大于的真空层；在(111)表面中引入缺陷，模拟室温制备的结晶度低的CoNi双金属纳米粒子表面，带有缺陷的表面模型包括一个Co或Ni原子的缺陷以及Co和Ni两个原子的缺陷；1.4CoNi双金属表面模型表面性质的计算，包括下列步骤：1.4.1选择Materials Studio作为模拟用软件；1.4.2对步骤1.3构建的CoNi双金属表面模型的几何优化、表面能、功函数、表面原子的态密度、表面电荷差分密度和d带中心的计算，均在基于密度泛函理论的CASTEP模块中完成，且选取广义梯度近似GGA‑PW91作为交换相关函数；1.4.3对步骤1.3构建的CoNi双金属表面模型先进行几何优化，再对优化后的表面模型进行自洽运算，根据计算得到的castep文件中的结果，算出表面模型的表面能和功函数，并做出电荷差分密度图和态密度图，计算相应表面原子的d带中心。