[发明专利]铜表面掺杂VIII族金属促进甲烷分解的模拟仿真方法

权利要求书

1.一种铜表面掺杂VIII族金属促进甲烷分解的模拟仿真方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1: 建立Cu(111)表面和VIII族金属掺杂的Cu(111)表面共10种表面模型，其中，VIII族金属掺杂方式为替代Cu(111)表面第一层的1个Cu 原子；

S2:根据密度泛函理论，优化Cu(111)表面和VIII族过金属掺杂的Cu(111)表面甲烷分解反应始态和终态的结构，确定反应能E；

S3:根据反应始态和终态的结构搜寻反应过渡态的结构并确定反应活化能E*；

S4:分析不同掺杂元素对甲烷分解反应的影响，筛选比较合适的掺杂元素。

2.根据权利要求书1所述的铜表面掺杂VIII族金属促进甲烷分解的模拟仿真方法，其特征在于，所述步骤S1的Cu(111)表面模型构建方法为，选取p(3×3)超晶胞构建模型，选取4层原子厚度，选取真空层厚度为15 Å，把第一层的一个Cu原子替换为VIII族金属即可得到VIII族金属掺杂的Cu(111)表面模型。

3.根据权利要求书1所述的铜表面掺杂VIII族金属促进甲烷分解的模拟仿真方法，其特征在于，所述步骤S2中甲烷分解反应包含CH₄ → CH₃ + H，CH₃ → CH₂ + H，CH₂ → CH +H，CH → C + H共4个基元反应，对每个基元反应的始态和终态在10种表面模型上的结构进行优化，所述优化过程中参数设置为，电子与电子之间的交换关联能均采用GGA泛函数进行校正，平面波截断能取400 eV, 布里渊区积分K点取值3×3× 1，电子自洽迭代和离子弛豫的收敛标准分别设置为能量收敛至10^-5 eV和原子力收敛至0.02 eV/Å。

4.根据权利要求书1所述的铜表面掺杂VIII族金属促进甲烷分解的模拟仿真方法，其特征在于，所述优化过程中，催化剂模型下部两层原子固定，顶部两层原子及吸附物弛豫。

5.根据权利要求书1所述的铜表面掺杂VIII族金属促进甲烷分解的模拟仿真方法，其特征在于，所述步骤S3中采用Nudged Elastic Band方法搜索过渡态，确定反应所需活化能E*。

6.根据权利要求书5所述的铜表面掺杂VIII族金属促进甲烷分解的模拟仿真方法，其特征在于，所述搜索过渡态的具体方法为，使用Material Studio 的CASTEP 模块搜索过渡态，并对过渡态的结构进行频率分析，如果只有一个虚频则表明搜索到的结构是反应的过渡态。

7.根据权利要求书1所述的铜表面掺杂VIII族金属促进甲烷分解的模拟仿真方法，其特征在于，所述步骤S4中通过对比分析不同的掺杂金属对反应能和活化能的影响，得出9种VIII族金属对甲烷分解促进作用的大小，进而筛选比较合适的掺杂金属。