1.一种负载型单层水滑石结构研究方法,其特征在于,所述方法包括:
(1)单层水滑石负载模型构建方法如下:所述单层水滑石负载模型为锌铝水滑石,构建出Zn/Al=3的水滑石层板,表示为[Zn12Al4(OH)32]4+,且具有D3d对称性,其空间群为R-3m;采用分子簇模型来表示水滑石主体层板结构,其中所有的Zn,Al都处于统一平面,Al原子周围有6个Zn形成一个正六边形结构,因为Al3+同晶取代了Zn2+使得八面体单元带一个正电荷,因而Al离子相互间远离,短程内分布均匀;为平衡层板表面的正电荷,使结构呈电中性,选取NO3-为层间阴离子,最后将优化得到的水滑石主体层板沿着晶胞c方向有序排列,构建出单晶胞大小的单层水滑石结构;
(2)利用Material Studio构建出了单原子负载型单层水滑石,合金团簇负载型单层水滑石,以及氧化物负载型结构,并随后对其构型进行优化,探究其最优构型;
(3)通过第一性原理软件包Castep对构型进行几何优化和性质分析,为了更好考虑体系中的van der Waals force,采用DFT-D2方法来对体系进行优化计算;其中电子交换相关泛函基于广义梯度积分的Perdew-Burke-Ernzerhof泛函,多元水滑石原子的内层电子作冻芯处理,用有效核势赝势进行代替,价电子波函数采用双数值极化函数展开,且未限制电子自旋;smearing设为0.005hartree,自洽场计算误差为1×10-6Ha,布里渊区k矢量点设为6×
6×1;结构优化合理性的判据为:能量差异小于1×10-5hartree,各个原子上的力小于原子位移小于 且所有计算都考虑了零点能校正,具体算法如:(4)不同负载单层水滑石构型具有不同的结构常数,最明显体现在键长及键角的变化,原因之一是不同负载物在单层水滑石表面与周围产生了不同的配位作用,导致部分原本为+2价的金属离子呈现出亚二价态的状态,通过引入结合能来具体探讨多元水滑石的结构稳定性, Etotal、EA、EB、 和EOH分别为优化后多元水滑石的Total Energy、超晶胞内所有A金属的能量、超晶胞内所有B金属的总能量、体系内所有硝酸根的总能量,体系中羟基的总能量;上述所述的能量都在输出文件castep中记录,通过键长键角及结合能可以具体描述出不同负载单层水滑石的结构稳定性;
(5)对不同负载单层水滑石电子活性的预测:采用d电子波段中心来描述其电子活性,公式为: d带中心可以对其电子活性进行很好的描述,通过判断d带中心大小来判断催化剂活性强弱以及哪种负载物对单层水滑石的电子活性提升最大,还可对材料的不同轨道电子的态密度图进行具体分析,确定其整体电子分布情况;
(6)对电子转移难易程度的预测:功函数能够较好的表明不同负载水滑石的电子转移的难易程度,所述功函数W=真空能级Ev-费米能级Ef,其中真空能级和费米能级均在castep模块中优化计算结束后,在analysis中导出potential得到。可表明不同负载物对单层水滑石的电子转移能力的提升大小;另外可通过Castep模块下的Charge density difference及Mulliken电荷,明确其中的电子转移情况,分析其成键强弱;
(7)对不同构型负载的单层水滑石模型:电子局域化函数是分析成键类型与孤对电子分布的有利工具,以此来表示电子的局域化分布特征,优点是无需计算局域分子轨道,计算量较小;电子局域化函数图ELF能够更为直观的表达电子在材料体系里的转移方向,不同负载构型的单层水滑石中载体和负载原子之间的电子传递情况。
2.如权利要求1所述负载型单层水滑石结构研究方法,其特征在于,步骤(5)中的态密度图及d带中心利用MS对输出文件做可视化分析,画出s、p、d电子轨道的PDOS图,利用步骤(5)的公式求得d带中心的值。
3.如权利要求1所述负载型单层水滑石结构研究方法,其特征在于,在步骤(7)对不同构型负载水滑石的电子局域化函数作图时,在Castep模块下对结构文件进行Electron localization function分析,导入电子信息后,对结构进行切面,调节color maps中的阈值,可得电子局域化函数图。