[发明专利]一种测试甲醇燃料电池阳极材料活性的方法

权利要求书

1.一种测试甲醇燃料电池阳极材料活性的方法，其特征是通过特定的量子化学计算模拟，

测试电池阳极材料的活性，用以提高判断电池活性及效率的准确性；首先通过研究甲醇在阳极材料表面吸附和甲醇的三种断键反应机理，分析吸附结构、基元反应的热力学和动力学参数等，其次利用计算得到的能垒、PDOS图和电化学势进行对比分析判断催化剂活性的强弱，其步骤包括以下内容：

步骤1.模型构建：利用Materials Studio软件的DMol³模块构建待计算甲醇模型分子及初始活化反应过程中所有可能的反应物、中间体、产物分子结构作为基本的分子结构数据文件；

构建催化剂的周期性结构，切割催化剂活性面作为基本的催化剂基底结构数据文件；构建模型分子在基底表面所有可能的吸附构型及反应过程中可能存在的共吸附构型作为基本的结构数据文件；

步骤2.稳定构型的结构优化：利用DMol³模块中的Calculation程序对步骤(1)中的结构数据文件进行能量最小化处理以得到稳定的吸附构型，确定各基元反应的初态(IS)和末态(FS)，

得到经能量最小化处理的数据结构文件；并对稳定构型进行性质计算，获得分子、基底及所有稳定吸附构型的电子结构、态密度、密立根电荷等性质数据文件；

步骤3.过渡态搜寻及能垒计算：根据步骤2中得到的能量最小化结构文件，利用DMol³模块中的LST/QST方法寻找甲醇在催化剂表面反应中涉及的基元步骤的过渡态结构及能量；

借助Vibrational analysis工具进行振动分析，确认过渡态是否正确，由得到的过渡态能量和结构优化得到的初态能量计算反应能垒，初步分析能垒的大小判断材料的性能；

步骤4.综合分析：利用DMol³模块中的analysis程序对步骤2和3中得到数据结构文件分析，得到PDOS图，对比初态和过渡态PDOS图的变化程度进一步分析能垒的大小判断材料的活化性能；

步骤5：根据步骤2和3中得到数据结构文件，分析计算得到反应所需的电化学势，根据电化学势大小判断阳极材料在DMFC中的催化性能。

2.根据权利要求1所述的一种测试甲醇燃料电池阳极材料活性的方法，其中计算软件为MS软件，所选模块为DMol³。

3.根据权利要求1所述的一种测试甲醇燃料电池阳极材料活性的方法，其中阳极材料表面采用三层厚度，计算时固定底下1层原子，每层为含有9个原子的(3×3)超晶胞模型，共27个原子；晶胞之间采用的真空层。

4.根据权利要求1所述的一种测试甲醇燃料电池阳极材料活性的方法，构型优化和能量计算采用密度泛函理论(DFT)，电子交换相关能采用广义梯度近似(GGA)和PW91密度泛函相结合的方法(GGA-PW91)计算，对金属原子内层电子采用DSPP赝势近似，对其它原子则采用全电子计算，对金属原子价电子及其它原子所有电子均采用双数值型基组加极化函数展开(DNP)；其中能量、梯度、位移和自洽场(SCF)的收敛标准分别为2×10^-5Hartree、4×10^-3和1×10^-5Hartree；运用Monkhorst–Pack的方法，其倒格空间自然而然地被划分成4×4×2的k点网格。

5.根据权利要求1所述的一种测试甲醇燃料电池阳极材料活性的方法，其中，过渡态（TS）的搜索是在与周期性结构计算相同理论等级上采用完全线性同步（LST）和二次同步变换（QST）方法。