5-氟胞嘧啶气相及水助质子转移异构化的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G**方法,对6种5-氟胞嘧啶异构体孤立分子的稳定性及质子转移引起的酮式-烯醇式、氨基式-亚胺式互变异构反应机理进行了计算研究,获得了零点能、吉布斯自由能及质子转移过程的反应焓、活化能、活化吉布斯自由能和速率常数等参数.计算结果表明,气相中烯醇-氨基式FC4是最稳定的异构体.分子内质子转移设计了FC1→FC2和FC1→FC6两条通道,分别标记为P(1)和P(2),各通道速控步骤的活化能和速率常数分别为155.9 kJ·mol-1,4.70×10-15 s-1和173.1 kJ·mol-1,1.41×10-18 s-1.水助催化时,相应通道P(3) 和P(4) 速控步骤的活化能和速率常数分别为51.0 kJ·mol-1,1.41×103 s-1和88.2 kJ·mol-1,4.53×10-3 s-1.可见,水分子的加入极大地降低了质子转移的活化能垒.另外发现,水分子参与形成协同的双质子转移机理比水助单质子转移机理更利于降低活化能垒.     

DFT法研究离子液中EMIM~ 催化丁烯双键异构反应机理(II)

用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6鄄31G(d,p)的计算水平上研究了离子液中1鄄乙基鄄3鄄甲基咪唑阳离子(EMIM )的4鄄H和5鄄H原子催化丁烯双键异构反应的可能途径,优化了反应体系的平衡态和过渡态的几何构型,分析了反应过程中键参数的变化,通过振动分析对平衡态和过渡态进行了验证.计算结果表明,离子液中的EMIM 首先通过4鄄H和5鄄H原子吸附丁烯,进而催化丁烯的双键异构反应,EMIM 的4鄄H和5鄄H催化1鄄丁烯异构为2鄄丁烯的正反应活化能分别为204.2和207.3kJ·mol-1,逆反应活化能约为220.9和223.8kJ·mol-1,反应为基元反应.     

碘催化苯乙醛与苄胺合成多取代咪唑的反应机理研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31+G(d)基组水平下,研究了碘催化苯乙醛和苄胺发生氧化环化合成多取代咪唑的微观反应机理.对反应通道上反应物、中间体、过渡态和产物进行了结构优化,对优化后的各化合物在B3LYP/6-311++G(d,p)基组下进行单点能计算和零点能矫正,通过振动频率分析及内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态进行了验证,并运用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了化合物的轨道间相互作用及成键特征.研究结果发现:无碘催化时,苯乙醛和苄胺发生氧化环化合成多取代咪唑,其反应速控步骤活化能为514.32 kJ·mol-1,在碘催化作用下,反应速控步骤活化能为145.94 kJ·mol-1.比较研究结果,说明碘能有效催化该反应的进行,碘的催化性能主要表现在活化苯乙醛乙基上的C—H键.我们还采用连续介质模型(PCM)比较研究了4种溶剂化作用对反应的影响,得到的研究结果与实验相吻合.理论预测了有机溶剂二甲亚砜(DMSO)能有效地提高反应产率.     

分子筛催化的戊烯骨架异构反应机理

在密度泛函理论中的B3LYP/6-31G(d,p)水平上研究了分子筛催化戊烯骨架异构的微观作用机制,分别对各个基元反应进行了内禀反应坐标(IRC)解析。结果表明:戊烯的骨架异构存在2种反应机理:烷氧基中间体机理和类甲基环丙烷中间体机理。而烷氧基中间体机理又包括2个反应途径,1个是甲基迁移,另1个是乙基迁移。因此,整个异构反应存在3个反应途径。甲基迁移机理和乙基迁移机理都含有3个基元步骤,其中速控步骤分别是甲基迁移和乙基迁移,对应的活化能分别为206.17和207.31 kJ·mol-1,二者几乎相等,表明2个反应途径从能量的角度来说是互相竞争的。类甲基环丙烷中间体机理分2步,碳链扭转和甲基的迁移,反应中间体具有高离子性和高能量的物种。反应速控步骤是碳链扭转反应,其活化能是147.93 kJ·mol-1,明显低于甲基迁移和乙基迁移2个反应途径的能垒,意味着类甲基环丙烷中间体的反应途径更容易发生。     

三重态类硅烯HB＝SiLiF的结构及其与R—H(R=F,OH,NH_2)的插入反应

用密度泛函理论(DFT)和二次组态相互作用(QCISD)方法研究了三重态类硅烯HB=SiLiF的结构及其与RH(R=F,OH,NH2)的插入反应.计算结果表明,类硅烯HB=SiLiF有三种平衡构型,其中四元环构型能量最低,是其存在的主要构型.HB=SiLiF与HF,H2O和NH3发生插入反应的机理相同.QCISD/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311+G(d,p)计算的三个反应的势垒分别为124.85,140.67和148.16kJ·mol-1,反应热分别为-2.22,20.08和23.22kJ·mol-1.相同条件下发生插入反应时,反应活性都是H—FH—OHH—NH2.     

六甲基二硅烷催化裂解的理论计算

采用密度泛函(DFT)及二级微扰理论(MP2)对六甲基二硅烷的催化裂解过程进行了计算.结果显示,该反应分三步进行,各步的能垒分别为144.9、77.4及214.9 kJ·mol-1,决定反应速度的是第三步.总反应是放热的,其中各步的焓变分别为22.4、-237.6、-127.6 kJ·Mol-1,反应的标准吉布斯自由能变为-348.7 kJ·mol-1,平衡常数为1.221×1061,在常温及常压下有较大的裂解倾向,理论产率比较高,计算结果与实验结果一致.     

Zn(Ac)2/超高比表面积活性炭催化剂上乙炔法合成醋酸乙烯宏观动力学

在接近工业生产条件下研究了Zn(Ac)2/超高比表面积活性炭 (AＢＥＴ=2713m2/g) 催化剂上，乙炔法合成醋酸乙烯 (VAc) 反应宏观动力学，并与Zn(Ac)2/日本普通椰壳炭 (AＢＥＴ=1 384 m2/g) 催化剂进行了比较。实验结果求得两种不同比表面积载体催化剂的宏 观动力学方程分别为：υ1=28.22pＣ２Ｈ２1.00p VAc -0.62和υ2=25.03pＣ２Ｈ２1.01 p VAc -0.52，即合成 VAc的反应对乙炔是1级反应，对VAc是负的反应级数，载体的比表面积越高催化剂的 催化反应活性越高。求得在160 ℃～175 ℃两种催化剂反应的平均表观活化能分别为： 52.49 (kJ·mol-1)和53.87(kJ·mol-1)，均小于文献报道的反应真实活化能87.80(kJ·mol-1)。     

新催化动力学光度法(木音)花青-H2O2体系测定痕量铬(Ⅵ)

在六次甲基四铵-盐酸介质中, 痕量铬(Ⅵ)显著催化 H2O2 氧化花青褪色的指示反应, 催化反应的表观活化能为 6.84 kJ·mol-1, 建立了测定痕量铬(Ⅵ)的动力学分析法, 线性测定范围为 0～150 μg·L-1,检出限为 0.8 μg·L-1.常见离子中,除 Al3+,Cu2+,Fe3+,Fe2+ 外,其余离子不影响测定.其中 Al3+ 的干扰可用 F- 掩蔽消除, Cu2+,Fe3+,Fe2+ 的干扰可用 EDTA 掩蔽消除.本法已用于测定湖水,矿井水和电镀废水中的铬(Ⅵ).     

基于MIL⁃53(Al)的碳纳米管复合材料的制备及其用于超级电容器的性能

基于金属有机框架材料MIL?53(Al),制备出多孔碳原位生长碳纳米管(CNTs)的碳复合材料(C?MIL?53(Al)和C?Co@MIL?53(Al))。得益于MIL?53(Al)和CNTs的复合结构以及CoF2的形成,C?Co@MIL?53(Al)复合材料作为超级电容器电极时,在0.5 A·g^-1电流密度下展现出了高比电容(240.1 F·g^-1),并且经过2000次充放电循环后表现出良好的循环稳定性。     

蔗渣的热解与燃烧动力学特性研究

利用热重分析仪对蔗渣在不同升温速率下的热解、燃烧失重特性进行了研究。采用Friedman法对反应过程中可能存在的反应机理进行初步判断，蔗渣热解过程由其主要组分半纤维素、纤维素和木质素热解的三个独立的平行反应来描述，相应的反应活化能分别为203.92 kJ·mol-1、238.50 kJ·mol-1和77.11 kJ·mol-1； 蔗渣燃烧过程分为两段，第一段类似于其热解过程，第二段由木质素热解和残焦燃烧共同组成的连续反应，反应活化能为255.57 kJ·mol-1和159.11 kJ·mol-1。通过非线性回归法拟合获得的曲线与实验曲线基本一致，证实了蔗渣的热解、燃烧过程中存在着上述假定的反应机理。     

原位生成非晶纳米钴高效催化氨硼烷的醇解制氢

用金属钴配合物和过渡金属(Cu,Ni,Co等)原位生成的非晶纳米粒子作为均相、多相催化剂,研究氨硼烷的醇解放氢反应,结果发现原位生成的非晶钴纳米粒子展现出优异的产氢性能。通过10次的催化循环测试,钴纳米粒子放氢催化转换数(TON)可达6 000,最高催化产氢速率(TOF)达515 mol_(H_2)·mol_(metal)~(-1)·h~(-1)。该催化剂制备方便,且产氢稳定性好。此外,对钴纳米粒子催化氨硼烷放氢实验做动力学研究,计算其催化活化能为20.00 kJ·mol~(-1),低于大多数已经报道的其他纳米催化剂催化氨硼烷放氢反应的活化能。通过硼谱的跟踪检测,发现钴纳米催化氨硼烷的醇解反应产物是硼酸三甲酯,并对此催化反应机理进行了初步的解释和讨论。     

BaHfO3：Ce粉体活化能对烧结透光性影响

用正、反向共沉淀法制备了BaHfO₃：Ce粒子;用XRD、TG-DTA、SEM等测试手段对样品的物相、形貌及发光性能进行了表征;在不同升温速率条件下研究了粒子合成动力学。结果表明：由正向和反向沉淀法得到的前驱体物相变化分3个阶段,用Doyle-Ozawa和Kissinger法分别计算了各阶段的表观活化能,其平均值分别为83.41、61.70、262.11kJ·mol^-1和81.70、42.86、253.44kJ·mol^-1,计算正反向沉淀法样品的晶粒生长活化能分别为27.36kJ·mol^-1和23.07kJ·mol^-1;反向法的样品分别在530nm波长下的激发光谱和399nm波长的发射光谱的相对发光强度优于正向法,在2073K真空烧结保温3h获得具有一定透光性的BaHfO₃：Ce透明陶瓷。     

BaHfO_3∶Ce粉体活化能对烧结透光性影响

用正、反向共沉淀法制备了BaHfO3∶Ce粒子;用XRD、TG-DTA、SEM等测试手段对样品的物相、形貌及发光性能进行了表征;在不同升温速率条件下研究了粒子合成动力学。结果表明:由正向和反向沉淀法得到的前驱体物相变化分3个阶段,用Doyle-Ozawa和Kissinger法分别计算了各阶段的表观活化能,其平均值分别为83.41、61.70、262.11 kJ·mol-1和81.70、42.86、253.44 kJ·mol-1,计算正反向沉淀法样品的晶粒生长活化能分别为27.36 kJ·mol-1和23.07 kJ·mol-1;反向法的样品分别在530nm波长下的激发光谱和399 nm波长的发射光谱的相对发光强度优于正向法,在2 073 K真空烧结保温3 h获得具有一定透光性的BaHfO3∶Ce透明陶瓷。     

正、反向共沉淀法对Pr_2Zr_2O_7纳米粒子表观活化能的影响

以氨水作为沉淀剂,采用正、反向共沉淀法制备Pr2Zr2O7纳米粒子。利用XRD、SEM、TEM、TG-DTA等测试手段表征了样品物相及形貌;研究其制备过程中合成动力学和晶粒生长动力学,采用Doyle-Ozawa法和Kissinger法分别计算正、反向沉淀粒子在主要反应阶段的表观活化能。结果表明:反向沉淀的滴定速率为2 mL·min-1、母盐溶液初始浓度0.05 mol·L-1、反应体系温度273 K、pH值11、煅烧温度为1 173 K,保温2 h的条件下获得的样品形貌近球形、无团聚现象、一次粒径约60 nm。Pr2Zr2O7前驱体的分解过程分为3个阶段,正、反向粒子各阶段平均表观活化能分别为:71.2、97.8、183.2 kJ·mol-1和45.37、84.34、152.16kJ·mol-1;晶粒生长活化能分别为19.02和11.95 kJ·mol-1,后者比前者的晶粒生长活化能降低了7.07 kJ·mol-1;反向共沉淀制备工艺优于正向共沉淀法。     

正、反向共沉淀法对Pr2Zr2O7纳米粒子表观活化能的影响

以氨水作为沉淀剂,采用正、反向共沉淀法制备Pr₂Zr₂O₇纳米粒子。利用XRD、SEM、TEM、TG-DTA等测试手段表征了样品物相及形貌;研究其制备过程中合成动力学和晶粒生长动力学,采用Doyle-Ozawa法和Kissinger法分别计算正、反向沉淀粒子在主要反应阶段的表观活化能。结果表明：反向沉淀的滴定速率为2mL·min^-1、母盐溶液初始浓度0.05mol·L^-1、反应体系温度273K、pH值11、煅烧温度为1173K,保温2h的条件下获得的样品形貌近球形、无团聚现象、一次粒径约60nm。Pr₂Zr₂O₇前驱体的分解过程分为3个阶段,正、反向粒子各阶段平均表观活化能分别为：71.2、197.8、183.2kJ·mol^-1和45.37、84.34、152.16kJ·mol^-1;晶粒生长活化能分别为19.02和11.95kJ·mol^-1,后者比前者的晶粒生长活化能降低了7.07kJ·mol^-1;反向共沉淀制备工艺优于正向共沉淀法。     

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载钴催化剂的CO催化氧化反应性能

采用溶剂法合成了热稳定性高的金属有机骨架材料MIL-53(Al)(MIL:Materials of Institut Lavoisier),用此材料为载体负载钴催化剂用于CO的催化氧化反应,并与Al2O3负载的钴催化剂进行了对比.采用热重-差热扫描量热(TG-DSC)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、N2物理吸附-脱附、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H2-TPR)等方法对催化剂的结构性质进行了表征.TG和N2物理吸附-脱附结果表明,载体MIL-53(Al)有好的稳定性和高的比表面积;XRD以及TEM结果表明Co/MIL-53(Al)上负载的Co3O4颗粒粒径(平均约为5.03 nm)明显小于Al2O3上Co3O4颗粒粒径(平均约为7.83 nm).MIL-53(Al)的三维多孔结构中分布均匀的位点能很好地分散固定Co3O4颗粒,高度分散的Co3O4颗粒有利于CO的催化氧化反应.H2-TPR实验发现Co/MIL(Al)催化剂的还原温度低于Co/Al2O3催化剂的还原温度,低的还原温度表现为高的催化氧化活性.CO催化氧化结果表明,MIL-53(Al)负载钴催化剂的催化活性明显高于Al2O3负载钴催化剂,MIL-53(Al)负载钴催化剂在160°C时使CO氧化的转化率达到98%,到180°C时CO则完全转化,催化剂的结构在催化反应过程中保持稳定.     

Metal-organic framework MIL-53(Al): synthesis,catalytic performance for the Friedel-Crafts acylation,and reaction mechanism

Metal-organic framework MIL-53(Al) was synthesized by a solvothermal method using aluminum nitrate as the aluminium source and 1,4-benzenedicarboxylic acid (H₂BDC) as the organic ligand. The structure of samples was characterized by X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The catalytic activity and recyclability of MIL-53(Al) catalyst for the Friedel-Crafts acylation reaction of indole with benzoyl chloride were evaluated. The reaction conditions were optimized and a reaction mechanism was suggested. The results showed that the MIL-53(Al) catalyst exhibited good catalytic activity and recyclability for the Friedel-Crafts acylation reaction. When the molar ratio of indole and MIL-53(Al) catalyst was 1:0.06 (n ₁:n _catalyst), the molar ratio of indole and benzoyl chloride was 1:3, and the solvent was dichloromethane, the conversion of indole could reach 97.1% and the selectivity of 3-acylindole could reach 81.1% at 25 °C after 8 h. The catalyst can be reused without significant degradation in catalytic activity. After the catalyst was reused five times, the conversion of indole was 87.6% and the selectivity of 3-acylindole was 79.5%.     

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载纳米Pd颗粒：一种CO氧化的活性催化剂

通过等体积浸渍法制备了金属有机骨架材料MIL-53(Al) (MIL：Materials of Institut Lavoisier)负载纳米Pd催化剂. 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的结构进行了表征. 催化剂在反应前后XRD衍射峰保持不变,说明载体MIL-53(Al)具有良好的稳定性. 采用TEM对催化剂进行表征,结果表明,MIL-53(Al)的多孔晶体结构有助于形成高度分散的纳米Pd颗粒,样品2.7% (w) Pd/MIL-53 中Pd颗粒的平均粒径为2.21 nm. 该催化剂在CO氧化反应中表现出较高的催化活性,115 ℃达到完全转化. 同时催化剂可循环使用,多次反应后催化活性和催化剂结构都保持稳定.     

多孔碳负载镍纳米颗粒的制备及催化氨硼烷水解制氢

合成了蜂窝状的分级多孔碳,并以多孔碳为载体通过浸渍-化学还原法制备碳载镍(Ni/C)作为催化氨硼烷水解制氢的催化剂。采用XRD、BET、SEM、Raman、TEM等手段对样品进行了表征并研究了Ni/C室温催化性能。结果显示,多孔碳比表面积高达737 m²·g^-1,具有部分石墨化结构;负载的非晶态镍纳米颗粒平均粒径约为10 nm,均匀分布在碳基材。碳载镍对氨硼烷水解反应具有良好的催化活性,镍负载量为30wt%时催化性能最佳,298 K温度下放氢速率达到1 304.67 mL·min^-1·g^-1,活化能为29.1 kJ·mol^-1,并且具备一定的催化稳定性,表明Ni/C可作为一种廉价高效的催化剂应用于催化氨硼烷水解制氢。