海洋的气态碳氢化合物

1976年,克罗柴道夫院士号考察船在挪威-格陵兰海盆地进行第23次海洋考察时,用特別的密闭型深水测量器采集了53个海水试样和31个底质试样。从这些试样中收集了气态碳氢化合物并进行了分析。从海水试样中只检出了甲烷,但是从底质的试样中检出有机态的碳氢化合物,主要是不饱和的碳氢化合物。气体的含量由上层往下层逐渐减少,因此从这点可以说明有机态碳的含量和堆积物的组成有关。在沉淀物中含有2％以上的有机碳。表明气态碳氢化合物的浓度是相当高的(50～60×10~(-4)mol/kg)。在海水试样中,除甲烷外还有     

稀土Er单原子促进光催化CO_2还原反应

正二氧化碳(CO_2)还原反应能够将CO_2还原为一氧化碳和甲酸、甲醇、甲烷等高附加值的碳氢化合物燃料。由于CO_2是一种极为稳定和不活泼的分子,CO_2转化为高附加值的燃料需要合适的催化剂或者较高的能量,这是一个极具挑战性的科学问题1–3。光催化CO_2还原是模拟自然光合作用的过程,也是实现太阳能向化学能转化的一种重要途     

甲烷气相选择氧化反应硼基催化剂的研究

<正>甲烷作为常规天然气、页岩气、可燃冰等的主要组成成分,是非常重要的碳基资源。由于甲烷分子中C―H键的高键能及弱极性,其活化通常需要在较苛刻的反应条件下进行,这使得如何实现甲烷的化学定向转化极具挑战性,甚至被誉为催化化学领域的“圣杯”。在已报道的甲烷转化研究中,甲烷部分氧化制备C1化学品/化工平台分子(如甲醇、甲醛、CO等)一直广受关注^1–3。     

1987年有机化学的回顾（下）

新分子-老分子对于低分子量有机化学领域,特别是碳氢化合物化学,面对生物化学的发展,曾预言它将逐渐消亡。但在1987年内又有许多有趣的报道。这证明碳氢化合物仍是有生命力的。碳氢化合物化学在某种方式上还起着指导作用:构成化合物时,碳原子的连结可能是十分难解决的问题,而这正是碳氢化学家们设法解决的。这些问题在自然界中也随时可见。另一方面,由于已发展了很多奇异碳氢化合物的合成方法,所以,如今在很多情况下,已可按满意的得率合成稳定或不太稳定的物质,常常还可引入官能团,并且推动了这     

室温光驱动甲烷活化

如何在较温和的条件下将甲烷转化为其它更有价值的有机衍生物,如醇、芳烃、长链烷烃和烯烃等,长期以来是催化、化学及化工领域的热点课题和难点课题之一。为了提高甲烷的转化效率,过去几十年里,研究人员不断开发新的催化剂和新的反应路径。与传统高温热催化方法相比,如果能利用自然界中丰富的太阳能驱动甲烷转化,将同时满足能源和环保两方面的要求,是各种新型非常规策略中比较令人期待的一种。本文从光催化材料的组成、结构及催化路线、催化机制等方面进行总结,对当前室温光活化甲烷分子的研究现状加以论述。     

甲烷水合物分解及自保护效应的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法, 在温度T = 240, 260, 280和300 K的条件下模拟了Ⅰ型甲烷水合物晶体的分解过程. 研究发现,水合物分解后将在相界面上形成一层“准液膜”,准液膜中水分子的结构性质、空间取向和动力学性质均出现由“似晶”到“似液”的渐变过程. 在水合物分解过程中, 准液膜的存在对水分子和甲烷分子的扩散形成传质阻力. 由于甲烷分子必须穿过准液膜才能进入气相, 准液膜的传质阻力抑制了甲烷分子向气相的扩散过程, 致使水合物的分解速率随之降低, 从而产生自保护效应. 当温度低于水的冰点时, 准液膜中水分子的“似晶”程度较高, 准液膜的传质阻力较大, 自保护效应较明显. 当温度高于水的冰点时, 准液膜中水分子的“似液”程度较高, 准液膜的传质阻力显著下降, 水合物的自保护效应明显减弱.     

负载Pd基碳二选择加氢催化剂上乙炔加氢反应的原位红外光谱研究

以乙烯和乙炔为探针分子, 采用原位红外光谱技术研究了Pd-Ag/Al₂O₃和Pd/Al₂O₃催化剂上乙炔加氢反应, 通过乙炔吸附, 乙炔和氢的共吸附和交替吸附表征了催化剂表面吸附物种的变化. 结果表明, 在Pd-Ag/Al₂O₃催化体系中, 乙炔在Pd-Ag/Al₂O₃和Pd/Al₂O₃催化剂有着不同的吸附性能, 另外, 加氢反应会导致在催化剂表面形成由长分子链的烷烃组成的碳氢化合物层, 该吸附层与绿油有着相似的红外光谱特征, 最关键的是乙炔和氢的吸附顺序和碳氢化合物层的生成量之间存在着一定的关系, 这将直接影响催化剂的加氢性能.     

氧络锰(Ⅳ)卟啉与烯烃反应的研究

单加氧酶细胞色素P-450在生物体中温和条件下活化分子氧,选择性地催化氧化碳氢化合物,其活性中间体可能是氧络铁原卟啉Ix的配合物。锰卟啉配合物也在温和条件下活化分子氧,选择性地催化氧化碳氢化合物,其活性中间体也可能是氧络锰卟啉配合物,是细胞色素P-450的很好的模型体系。目前人们已用一系列的氧化剂,诸如氧化碘苯(PhIO)、NaOCl、KHSO_5、RCOOOH、HCIO_4和HIO_4将三价的锰卟啉氧化为氧络锰卟啉。本实验     

载体对甲烷在镍催化剂上分解反应的影响

开发洁净廉价的燃料替代石油已成为各国竞相研究的热点。从环境友好的观点出发 ,Ｈ2 气是一种理想的洁净燃料 ,其燃烧产物只有Ｈ2 Ｏ ,对环境无任何污染 ,Ｈ2 气将成为未来人类主要的能源。因此 ,近年来各国竞相开发大规模廉价的制氢和储氢技术。目前 ,碳及碳氢化合物制合成气法[1 ,2 ] 以其成本低和技术成熟已成为当前大规模制氢最常用的方法 ,包括碳氢化合物的水蒸气重整、ＣＯ2 重整、催化部分氧化法和自热重整[1～ 4] 。近年来又兴起了甲烷催化分解制氢[5,6] 。以上各方法均包含甲烷在镍催化剂上的分解过程[7,8] 。Ｒｏｓｔｒｕｐ Ｎｉ…     

水滑石基材料在长波长光催化CO_2还原中的应用

正化石燃料的不断消耗和温室气体CO_2的持续排放使温室效应和能源危机日益严峻。受自然界植物的光合作用的启发,光催化CO_2还原受到人们广泛关注,将大气中的CO_2还原成为高附加值碳氢化合物,成为有效缓解温室效应和能源危机的有效方式1。然而,一方面由于CO_2分子中C=O具有较大的键能(750 kJ·mol~(-1)),使其难以活化;另一方面,以水为还原剂的体系中,光激发所产生的质子     

甾体与长链碳氢化合物C-H伸缩振动行为差别及结构本质

研究了某些长链碳氢化合物和甾体化合物的C—H伸缩振动谱带的光谱行为差异 .结果发现 ,在低温下 ,甾体化合物的C—H伸缩振动谱带存在复杂的精细结构 ,而长链碳氢化合物的谱带结构却相当简单 .MM 3分子力学计算表明 ,长链碳氢化合物的C—H基团以大规模偶合方式振动 ,其中少数几种振动模式由于采取同步同相振动 ,使其偶极矩变化得到同向加强 ,强度大大增加 ,因而在光谱上掩盖了其他模式的振动 ,造成谱带结构的简单化 .在甾体化合物中 ,C—H基团以局部偶合的方式振动 ,由于不存在同相加强效应 ,不同谱带之间强度差异不大 ,使得谱带存在复杂的精细结构 .造成上述光谱行为差异的一个主要原因是长链碳氢化合物的C—H基团所处的微环境大致相同 ,而甾体化合物的不同C—H基团所处的微环境差异较大 .     

碳氢化合物的活化及氧化理论研究*

通过理论方法研究碳氢化合物的活化及氧化,可以对不同催化剂及氧化剂的反应机理形成深刻认识,从而指导设计合成更加高效的碳氢化合物活化及氧化催化剂。本文总结了近几年在碳氢化合物的活化及氧化领域的一些新进展,涉及的底物包括从甲烷到碳原子数等于6的烃类,而催化剂及氧化剂包括有机金属化合物和无机化合物（如分子筛催化剂、金属团簇和金属氧化物等）。文章底物的碳原子数为依据进行分类编排,对每一类底物的活化及氧化介绍不同催化剂及氧化剂的反应过程,着重比较了各类催化剂及氧化剂的异同。     

直接键连原子间的NMR偶合常数的自然杂化轨道研究——Ⅰ.~(13)C—H核自旋偶合常数~1J_(~(13)C-H)

利用CNDO/2分子轨道方法和自然杂化轨道方法,计算了一系列碳氢化合物和含杂原子的碳氢化合物的自然杂化轨道。在此基础上,得到了计算~(13)C—H偶合常数~1J13_(C-H)的简单关系式。对75种不同化学环境下的~1J13_(C-H)的计算结果表明,无论是碳氢化合物系列,还是含杂原子的碳氢化合物系列,计算值与已知实验值都较为吻合。本文还对计算结果作了较详细的讨论。     

超临界甲烷在活性炭上的吸附平衡分析

为分析由吸附平衡时的热力参数确定吸附量、吸附模型和等量吸附热精度的影响因素,选择在温度268.15~338.15 K和压力0~13.5 MPa测试的甲烷在Ajax活性炭上的吸附平衡数据,通过引入甲烷分子可进入活性炭吸附空间内的容积和可以不考虑甲烷在孔内吸附的临界孔宽的概念,依据甲烷在吸附平衡前后的总量守恒,确定甲烷在吸附池内的总量、绝对吸附量和过剩吸附量三者之间的关系式。结果表明,在引入吸附质分子可进入吸附空间内的容积和临界孔宽后,经由活性炭的孔径分布(PSD),可以准确计算甲烷在活性炭上的过剩吸附量;应用实验数据非线性回归Toth方程参数后,可由Gibbs关于吸附的定义确定甲烷在活性炭上的绝对吸附量。比较结果时发现,由于未考虑本体相中甲烷分子对吸附甲烷分子的影响,采用过剩吸附量的等量吸附线标绘确定的等量吸附热数值偏高,工程应用时应由绝对吸附量来确定等量吸附热。     

甲烷在AFS型分子筛中的吸附模拟

采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法模拟了甲烷分子在AFS型分子筛中的吸附量, 并和Dvren等人(Langmuir, 2004, 20: 2683)设计的金属有机骨架中的甲烷吸附量进行比较, 发现AFS型沸石分子筛对甲烷分子有很好的吸附性能, AFS型分子筛是中低压吸附储存天然气系统中的一种比较理想的吸附剂. 采用Dubinin Asakhov(DA)微孔分析方法, 分析了沸石结构对甲烷储量大小的影响, 总结了影响甲烷储量大小的物理因素.     

苯乙烯生物催化氧化制环氧苯乙烷的研究

1.引言 单加氧酶是氧化还原酶的一类,因其能够活化分子氧并将其中一个氧原子插入到有机化合物中而引起广泛的研究兴趣。甲烷单加氧酶广泛存在于多种烷烃氧化菌、烯烃氧化菌和酵母等微生物中。已经发现、甲烷单加氧酶在细胞中负责将甲烷转变成甲醇(图1)。 此外,甲烷单加氧酶能催化氧化相当多的化合物,其中许多反应都是化学上不易实现的。例如,C_1—C_8烷烃的羟化,C_2—C_4烯烃的环氧化等等。该酶作为催化剂突出的优点还在于它在催化氧化时表现出的高立体选择性,其酶促过程往往可以获得有光学活性的产品。从     

层柱状微孔材料吸附存储天然气的Monte Carlo模拟

采用巨正则系综MonteCarlo方法模拟了天然气中主要成分甲烷在层柱状微孔材料中T=300K下的吸附存储,在模拟中层柱状微孔采用Yi等人建立的柱子均匀分布在两炭孔墙之间的模型来表征。甲烷分子采用Lennard-Jones球型分子模型,炭孔墙采用Steele的10-4-3模型,对孔宽为1.36nm的层柱微孔,模拟了四个不同孔率的层柱材料吸附甲烷的情形。得到了孔中流体的局部密度分布以及吸附等温线,对比不同孔率下甲烷的吸附量,得到了此情形吸附甲烷的较佳孔率为0.94。     

C—H键核自旋耦合常数和伸缩频率的自然杂化轨道研究

利用PM3级别上的最大重迭对称性分子轨道法和自然杂化轨道方法,计算了系列碳氢化合物的杂化轨道,拟合出了计算C—H键核自旋耦合常数和伸缩频率的简单关系式.研究了系列碳氢化合物中不同的C—H键核自旋耦合常数和伸缩频率.结果表明,碳氢化合物中的C—H核自旋耦合常数和伸缩频率主要取决于C原子的轨道杂化作用,为从简单价键理论角度解释和计算1JCH和νCH提供了一种简便直观的方法.     

室温下钯-金属酞菁/分子筛复合催化剂催化甲烷选择氧化制甲醇

 在交换了 Fe2+, Co2+或 Cu2+的 Y 型分子筛上, 采用苯酐-尿素固相合成法制备了组装在 Y 型分子筛超笼中的金属酞菁类催化剂. 以 H2O2 为氧化剂, 考察了该金属酞菁/分子筛复合物上甲烷选择氧化制甲醇反应的性能, 并优化了反应条件. 结果表明, 在室温下, 金属酞菁/分子筛复合催化剂 FePc/Y, CoPc/Y 和 CuPc/Y 对 H2O2 氧化甲烷反应均有催化作用. 在这些复合物上进一步担载可催化 H2O2 原位生成的 Pd, Au 或 PdAu 贵金属, 并考察了其催化分子氧选择氧化甲烷反应的性能. 贵金属与金属酞菁/分子筛复合催化剂的偶合实现了室温下分子氧对甲烷的活化. 其中, Pd 与 CuPc/Y 间的协同效应使得室温下甲烷选择氧化反应活性有了较大提高.     

SAPO-34分子筛中多甲基苯分子与卤代甲烷偕甲基化反应的密度泛函理论研究

利用周期性密度泛函理论研究了SAPO-34分子筛催化转化卤代甲烷制取低碳烯烃反应的碳池主要成分多甲基苯分子的偕甲基化反应。氯甲烷和溴甲烷分子在SAPO-34分子筛内的吸附能分别是–18和–22 kJ/mol,由于氯和溴原子相似的电负性,氯甲烷和溴甲烷分子的吸附能并未被精确区分。以氯甲烷和溴甲烷为甲基化试剂,得到了几种多甲基苯分子的偕甲基化反应能及能垒,结果表明,六甲基苯分子(HMB)的偕甲基化反应为放热反应,而其余甲基苯分子的偕甲基化反应为吸热反应。对于上述两种甲基化试剂,体积最大的HMB均表现出最低的偕甲基化反应能垒,这可能是由于分子筛骨架与多甲基苯分子之间的静电相互作用增强了HMB的反应活性所致。