Nghiên cứu ảnh hưởng của lực phân tán london đến sự hấp phụ và phân hủy của methanol trên bề mặt kim loại pt(111) bằng phương pháp tính toán hóa lượng tử

I H NG

I H M

NGUY N TH NGUY T H NG

NGHIÊN C U NG C A L C PHÂN TÁN LONDON

N S H P PH VÀ PHÂN H Y C A METHANOL

TRÊN B M T KIM LO I Pt(111)

B NG T

LU

HÓA H C

ng -

I H NG

I H M

NGUY N TH NGUY T H NG

NGHIÊN C U NG C A L C PHÂN TÁN LONDON

N S H P PH VÀ PHÂN H Y C A METHANOL

TRÊN B M T KIM LO I Pt(111)

B NG T

Chuyên ngành: Hóa lý thuy t và hóa lý

Mã s : 60 44 01 19

LU

ng d n khoa h c:

TS. PH M LÊ MINH THÔNG

ng -

i

L

trình nghiên c u do chính tôi th c hi n. Các s li u

và k t qu trong lu y hoàn toàn trung th c, chính xác và không sao chép t

b t k tài li u khoa h u tham kh u c s ng ý c a các tác gi .

ng, ngày 15 tháng 11

Tác gi

Nguy n Th Nguy t H ng

ii

L I C N

Qua th i gian h c t p t i h ng, b

c trang b nh ng ki n th c và k n thi t v ngành Hóa lý thuy t và hóa lý,

h tr cho tôi nhi ng th p

c cho s nghi p sau này c a tôi.

th c hi tài nghiên c u khoa h c này, c s

, ng viên t y cô và b c bi a là s

h p tác, ch d n c a cán b ng và các th y cô khoa Hóa.

u tiên, tôi xin g i l i c n TS. Ph m Lê Minh Thông - i h c

Duy Tân - i th c ti ng d n, dành nhi u th i gian, công s c và t o

m u ki n t t nh tôi hoàn thành t t lu t nghi p này.

Tôi xin trân tr i h m - i h

N ng, cùng toàn th các quý th c bi t là th n tình

truy t nh ng ki n th c quý báu, h tr chúng tôi trong quá trình h c t p.

i l i c n gia nh

tôi hoàn thành t t lu

M u c g th c hi tài m t cách hoàn ch nh nh t. Song

u ki n công tác, khuôn kh th i gian cho phép nên khó tránh kh i nh ng h n

ch , t n t i và thi u sót. R t mong nh c nh ng ý ki a các th y cô

giáo, cùng toàn th ng nghi p.

Cu i cùng, xin chúc quý th y cô luôn d i dào s c kh e và thành công trong công

vi c.

Tôi xin chân thành c

ng, ngày 15 tháng 11

Tác gi

Nguy n Th Nguy t H ng

iii

TRANG THÔNG TIN LU

tài: NGHIÊN C U NG C A L N S

H P PH VÀ PHÂN H Y C A METHANOL TRÊN B M T KIM LO I Pt(111)

B NG T

Ngành: HÓA LÝ THUY T VÀ HÓA LÝ

H và tên h c viên: NGUY N TH NGUY T H NG

ng d n khoa h c: TS. PH M LÊ MINH THÔNG

ng

Tóm t t:

Sau 1 th i gian nghiên c tài: Nghiên c u ng c a l n s

h p ph và phân h y c a methanol trên b m t kim lo i Pt(111) b

ng t c các k t qu sau:

- B ng cách các tính toán lý thuy t hàm m v i các phi m hàm có và không có hi u ch nh l c

nghiên c u và trình bày chi ti t k t qu v ng c a l c phân tán London

n s h p ph và phân h y c a phân t CH3OH thông qua vi c c t các liên k t C-H và O-H trên

b m t Pt(111).

- K t qu tính toán DFT cho th y s h p ph c aCH3OH trên b m t Pt(111) x y ra thu n l i nh t

v nh (Top site) c a nguyên t Pt trên b m t.

- K t qu c a tính toán DFT v i phi m hàm optB86b-vdW cho giá tr ng h p ph là 0.63

eV, r t phù h p v i v i giá tr ng h p ph nh t th c nghi m là 0.61 eV.

- a, nghiên c u c y l i v i s h p ph c a

phân t 3OH là quan tr i v i s h p ph các phân t g c

t 2OH và CH3O. Phân tích m tr ng thái cho th y s h p ph CH3OH trên Pt(111)

c x y ra b i s a orbital 2p c a nguyên t O và orbital 5d c a nguyên t Pt.

- Ngoài ra, k t qu n tích nguyên t y s chuy n

0.09e t CH3OH sang b m t Pt(111) trong quá trình h p ph . K t qu tính toán b m t th ng

d ng phi m hàm PBE cho th y CH3OH s ng b gi i h p ph

phân h y trên b m t Pt(111) trong khi k t qu tính toán v i phi m hàm optB86b-vdW cho th y quá

trình phân h y CH3OH thu n l c t liên k t C-H.

c và th c ti n c tài:

Nghiên c u c a chúng tôi cho th y l i v i s phân h y c a

CH3OH thông qua ph n ng b gãy liên k t C-H trên b m t Pt(111).

* T khóa: PIN NHIÊN LI U METHANOL, L C PHÂN TÁN LONDON, H P PH ,

PHÂN H NG T TÍNH TOÁN

i

iv

INFORMATION PAGE OF MASTER THESIS

Name of thesis: RESEARCH ON EFFECTS OF LONDON DISPERSION FORCE

ON METHANOL ADSORPTION AND DECOMPOSITION ON METAL

Pt(111) SURFACE BY CHEMICAL QUANTUM CALCULATIONS

Major: THEORETICAL CHEMISTRY AND PHYSICAL CHEMISTRY

Full name of Master student: NGUYEN THI NGUYET HANG

Supervisors: PhD. PHAM LE MINH THONG

Training institution: The University Of Science And Education

Summary:

After a while researching the topic: Research on effects of london dispersion force on methanol

adsorption and decomposition on metal Pt(111) surface by chemical quantum calculations, we

have achieved the following results:

- By means of plane-wave DFT calculations with and without the dispersion correction, we have

presented detailed results for the adsorption and decomposition of CH3OH on Pt(111) via the C H and

O H bond scissions.

- DFT results show that top site binding of the CH3OH oxygen is the most favorable on Pt(111) and

the dispersion interaction increases the adsorption energy to 0.63 eV, reaching a quantitative

agreement with the experimental data.

- Moreover, the dispersion interaction has a greater impact on the adsorption of CH3OH than on the

adsorption of its dissociated moieties, CH2OH and CH3O. The density of states analysis reveals that

the adsorption of CH3OH on Pt(111) is driven by the interaction of the O-2p orbital and the surface Pt￾5d orbital. Furthermore, the results of Bader charge calculations demonstrate a net charge transfer of

0.09e from CH3OH to Pt(111) during the adsorption.

- The potential energy surface is significantly different due to the inclusion of dispersion interactions.

DFT calculated results by PBE functional predict CH3OH desorption from the surface is more

favorable than the decomposition whereas the vdW corrected DFT calculations results in the

preference for CH3OH dissociation by the C H bond scission on Pt(111).

Scientific and practical meanings of the topic:

the dispersion interaction facilitates CH3OH dissociation via the C H bond scission on Pt(111)

following the trapping-mediated mechanism.

Keywords: DIRECT METHNOL FUEL CELL, LONDON DISPERSION FORCE,

ADSORPTION, DECOMPOSITION, Pt(111), CHEMICAL QUANTUM CALCULATIONS

Student

v

M C L C

M U .............................................................................................................. 1

. T NG QUAN V PIN NHIÊN LI U ....................................... 5

1.1. PIN NHIÊU LI U ......................................................................................... 5

1.1.1. L ch s hình thành pin nhiên li u ........................................................ 6

1.1.2. Phân lo i pin nhiên li u ....................................................................... 7

1.1.3. C u t o chung c a pin nhiên li u ...................................................... 11

ho ng c a pin nhiên li u ................................................. 12

m c a pin nhiên li u ............................................... 13

1.1.6. ng d ng c a pin nhiên li u ............................................................. 13

1.2. PIN NHIÊN LI U DÙNG METHANOL TR C TI P (DMFC) .............. 16

1.2.1. C u t o và nguyên lý ho ng c a DMFC ..................................... 16

1.2.2. Các ph n ng hóa h c x y ra trong DMFC ...................................... 17

1.2.3. Các ch n c c s d ng cho pin nhiên li u DMFC .......... 18

1.2.4. Methanol nhiên li u ........................................................................... 20

. LÝ THUY T PHI M HÀM M VÀ MÔ HÌNH

S D NG TRONG QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN ........................................... 22

2.1. NG T ................................................................................ 22

2.1.1. trình Schrödinger ................................................................. 23

2.1.2. Phép g orn-Oppenheimer ................................................... 24

2.1.3. Lý thuy t phi m hàm m DFT (Density Functional Theory) ..... 25

2.2. .............................................................................. 28

ng t .......................................... 28

2.2.2. Ph n m m s d ng tính toán ............................................................. 28

2.2.3. Mô hình c u trúc b m t Pt(111) và các thông s s d ng trong các

tính toán ....................................................................................................... 29

. K T QU VÀ TH O LU N ................................................... 33

3.1. C U TRÚC HÌNH H C C A CH3OH, CH2OH VÀ CH3O TR NG

THÁI T DO ...................................................................................................... 33