扩展示踪动力学方法的应用：用14C标记丁烯-1研究Sn-P-Li催化剂上丁烯氧化脱氢反应中异构化和氧化反应动力学和机理

本文以(14)~C标记丁烯-1在Sn-P-Li催化剂上的异构化和氧化脱氢的机理及动力学为例,详细地介绍了扩展示踪动力学方法。 在Sn-P-Li催化剂上丁烯-1的选择氧化速度明显大于丁烯-2,而燃烧反应的速度却远小于丁烯-2。选择氧化反应对丁烯为0.8级,对氧为0.2级。动力学结果还表明在Sn-P-Li催化剂上丁烯异构化反应主要通过烯丙基脱附进行的。若选择氧化反应是通过烯丙基进行的,则第一个氢原子的裂离可能是速度控制步骤。     

扩展示踪动力学方法的应用：Bi-Mo和铁系尖晶石催化剂上丁烯异构化和氧化脱氢反应动力学性能的比较

以~(14)C标记正丁烯为示踪化合物,用扩展示踪动力学方法解析了在Bi-Mo和铁系尖晶石催化剂上丁烯氧化脱氢全图谱的动力学和反应机理,结果表明,在Bi-Mo催化剂上选择氧化反应速度的顺序为丁烯-1大于丁烯-2,异构化的速度小于选择氧化反应的速度,燃烧反应的速度的顺序也是丁烯-1大于丁烯-2。在铁系尖晶石催化剂上,三种丁烯异构体的选择氧化的速度常数极相近,但顺丁烯略快;它们的异构化速度都明显较小,其中几何异构化的速度大于双键异构化的速度;其燃烧反应速度的次序为丁烯-2>丁二烯>丁烯-1。讨论了工业丁烯氧化脱氢装置中丁烯原料组成的影响,异构化的机理和氧化反应的可能速度控制步骤。     

PtRu/C催化剂上甲醇电氧化的电化学阻抗谱

利用电化学阻抗谱(EIS)研究了甲醇在不同电化学极化处理后的PtRu/C催化剂上的电氧化动力学参数.通过交流阻抗理论的分析,从理论上研究了不同电势区间(低、中、高)内反应中间产物的表面覆盖率随电极电势的变化规律以及对反应法拉第电流的影响,较好地解释了甲醇电氧化实验中的动力学规律在低电势区,甲醇分子脱除第一个氢原子的基元反应,即第一个电子的传递反应为速率控制步骤,而在高电势区,反应中间产物COads的氧化脱除则为速率控制步骤.     

2-酰基-1,3-环己二酮异构化反应中1,3-H和1,5-H迁移的理论研究

基于2-酰基1,3-环己二酮异构化反应,本文用密度泛函理论对文献报道的和我们设计的机理进行了系统研究。对反应中可能的速控步骤1,3-H和1,5-H迁移的过渡态结构和能垒进行了优化和计算。结果表明：本文设计的包括两个连续的1,5-酰基迁移和1,5-H迁移的反应机理,在动力学上更占优势。为了考察溶剂环境对反应的影响,本文分别研究了溶剂三乙胺和水对速度控制步骤1,3-H和1,5-H迁移的催化效应,揭示了两种催化剂对1,3-H和1,5-H迁移催化作用的差异。     

VPO催化氧化正丁烷反应动力学

VPO催化氧化正丁烷制顺酐是目前唯一实现工业化的低碳烷烃选择氧化反应。本文介绍了VPO催化机理和主要的反应网络,综述了国内外反应动力学的研究进展情况。根据人们对正丁烷氧化反应机理的不断认知及动力学模型的完整性,首次将正丁烷氧化制顺酐反应动力学的发展分为探索期、成型期和拓展期三个时期,并阐释了每个时期的特征和典型模型。探索期特征是仅考虑反应物在催化剂表面的吸附行为,成型期特征是充分考虑了产物对反应的抑制作用,拓展期特征是考虑了催化剂氧化度不断变化的动态过程并将不同氧气形式之间的相互变化引入动态模型中。从时空多尺度角度研究动力学和传递之间的相互作用是正丁烷选择氧化反应动力学下一步的研究重点,也是未来动力学研究的发展方向。     

丙烷氧化脱氢反应中Mg_2V_2O_7催化剂氧活度的原位监测

采用固体电解质电动势测量法原位监测Mg2V2O7催化剂的表面氧活度在丙烷氧化脱氧反应中的周期性振荡现象.直观地揭示了丙烷选择氧化反应中Mg2V2O7催化剂的先还原后氧化的过程.结果表明,丙烷选择氧化的控制步骤为丙烷在催化剂上的吸附和活化过程,且丙烷和氧气在催化剂上的吸附位不同,二者不存在竞争吸附.     

甲醇在电解银催化剂表面上的氧化

＃ 用程序升温反应谱(TPRS)研究了甲醇在电解银工业催化剂表面上的氧化反应。结果表明:除少量H_2O和微量CO_3外,纯净的银表面不吸附CH_3OH,D_2等气体,当银表面预吸附氧后,显著增强了上述气体的吸附和反应。在程序升温过程中,甲醇与预吸附的氧发生表面反应,分别在温度400,500和630K时给出三组分开的产物群。由产物的峰形、峰温和动力学参数得出:第一、第三组产物群的控速步骤是两个不同的表面反应;第二组产物群的控速步骤为反应产物的表面脱附。     

用表面能谱技术研究合成氨的反应机理

本文综述了用表面能谱研究合成氨的反应机理。测定了铁催化剂的表面组成和催化活性中心。证实了表面上存在吸附物种N吸、NH吸和NH2吸。实验结果表明氮分子解离为氮原子是反应的控速步骤。     

CO在Pd平板与Pd38团簇表面上的催化氧化机理研究

采用密度泛函理论(DFT)计算模拟Pd平板和Pd_(38)团簇上的CO催化氧化过程,分析了CO在Pd催化剂表面上的氧化反应机理。结果表明,在Pd_(38)团簇模型上CO催化氧化的决速步骤是O_2的解离,反应能垒为0.65 eV,而在Pd平板模型上的决速步骤是CO的氧化,其反应能垒为0.87 eV。对比决速步骤的活化能发现,CO在Pd_(38)团簇上的氧化反应更易进行,说明CO氧化更易在小颗粒催化剂表面上进行,即Pd催化剂的活性与活性组分颗粒大小相关,活性组分颗粒越小,暴露的活性位点越多,其催化活性也越高。     

VPO催化剂上丙烷选择氧化制丙烯酸的结构敏感性研究

ＶＰＯ催化剂上丙烷选择氧化制丙烯酸的结构敏感性研究赵如松，徐铸德（浙江大学化学系，杭州３１００２７）关键词ＶＰＯ催化剂，丙烷，氧化，丙烯酸，结构敏感性丙烷直接选择氧化制取丙烯酸（ＡＡ）是个包含脱除４个氢原子和插入两个氧原子的复杂反应过程，要求催化剂具...     

Au_n团簇催化水煤气变换反应机理的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了Au10、Au13和Au20三类团簇的稳定性和对水煤气变换(WGSR)反应的催化活性,考察了各物质在Aun团簇上的吸附行为和微观反应机理。结果表明,三类Aun团簇的稳定性顺序为Au10Au13Au20,而Aun团簇中电子离域性及吸附能力大小趋势为Au13Au10Au20。在三类Aun团簇上,水煤气变换反应的控速步骤均为H2O的解离,但其反应机理路径有所不同。Au10团簇上为羧基机理,COOH*中间体直接解离;Au13团簇上为氧化还原机理,两个OH*发生歧化反应;Au20团簇上为羧基机理,COOH*和OH*发生歧化反应。通过对三类团簇上的最佳反应路径进行比较发现,Au13团簇在低温下具有较好的催化活性。     

Co/ZrO2/SiO2催化剂上费-托合成反应动力学研究Ⅰ. 反应途径分析

 采用单位键指标-二次指数势(UBI-QEP)方法对模型催化剂Co(0001)晶面进行了费-托(F-T)合成反应的反应能学分析,发现以不含氧的CxHy,s 作为中间体的表面碳化物机理在能量上较为合理,而CH2,s 作为链增长单体的链增长方式是能量上最有利的F-T合成反应途径. 在Co/ZrO2/SiO2催化剂上的非稳态实验研究中发现,在F-T合成的操作温度范围内,H2O的生成是主要的表面O的移去方式; CO解离和表面碳物种Cs加氢可能是F-T合成中的重要速控步骤; 链增长过程是F-T合成反应中较快的基元反应步骤; 甲烷的生成具有多种不同活性的表面前驱体,导致生成的甲烷严重偏离经典的ASF分布规律. 结合F-T合成表面反应的研究结果,初步确定了F-T合成动力学研究中需要考虑的机理模型的范围是以CO解离和表面碳物种Cs加氢为速控步骤,以CH2,s 插入为链增长途径的表面碳化物机理. 该结果缩小了待选动力学模型的范围.     

VPO催化剂P/V比对丙烷晶格氧选择氧化制丙烯酸和乙酸的影响

丙烷选择氧化制取丙烯酸(AA)和乙酸(HAc)是氧化深度大、反应过程复杂、包含氧化脱氢和选择性氧种进入分子等多重步骤的多相催化过程. 从催化剂设计的角度看,适用于该反应的催化剂必须在较温和的条件下对烷烃具有氧化脱氢的能力. 钒磷混合氧化物(VPO)是目前少有的这类催化剂. 在影响其催化性能的众多因素中,n(P)/n(V)比是个关键参数;丙烷-氧共进料连续流动氧化反应的适宜n(P)/n(V)比为1.05～1.15[1～4]. 丙烷在VPO催化剂上的选择氧化按晶格氧氧化机制进行,适合于循环流化床提升管(CFBR)反应工艺[5]. CFBR工艺在大幅度提高原料中烃的浓度、抑制深度氧化、降低未反应原料的循环费用等诸多方面具有明显的优势[6],特别适用于丙烷等小分子烷烃的选择氧化. 在CFBR工艺中,与烷烃起反应的氧全部来自催化剂. 因此,为了提高经济效益,要求催化剂有尽可能大的可逆储氧量. 本文用脉冲反应器考察了催化剂P/V比对丙烷氧化反应性能的影响.     

环己醇脱氢催化反应本征动力学研究

采用管式连续流动固定床积分反应器,对环己醇在Cu－Co/MgO催化剂上的脱氢反应本征动力学进行了研究,求出幂式速率模型各项参数,得到反应的表观活化能为44.28kJ/mol.将上述实验数据与由似平衡浓度法导出的速控步骤的数学模型相关联,求出各有关参数和物种的吸附烙.结果表明,以环己醇吸附和表面反应为速控步骤的模型可较好地进行关联.对上述模型进行了方差和残差分析,误差在宏观动力学研究允许范围内,实验无系统误差.方差分析表明,表面反应为速控步骤的模型对描述反应具有相对最小误差.     

在铜锰铁氧化物催化剂上乙醇部分氧化反应动力学研究

研究了乙醇在铜锰铁氧化物催化剂上的部分氧化反应,包含产物乙醛阻抑作用在内的三步骤Redox机理动力学方程能较好地描述此反应的过程。考察了乙醛的阻抑机理,计算了催化剂还原步骤和再氧化步骤的活化能,并提出了当乙醛分压较低时的简化动力学方程。     

Fe3O4(111)面上的水煤气变换反应机理

水煤气变换是一重要的制备氢气的反应, 采用密度泛函理论(DFT), 对水煤气变换反应在Fe₃O₄ (111)面上的催化反应作了深入研究. 结果表明: 氧化还原机理的活化能明显高于结合机理的活化能, 中间步骤应以结合机理进行|氢原子结合生成氢气为整个反应的速控步骤, 理论计算其活化能与水煤气变换实验数据一致, 高达1.29 eV, 还对迄今有关水煤气变换机理研究中的各种实验现象作了合理的解释, 并对Fe₃O₄ (111)催化剂的改性设计作了讨论.     

金属掺杂γ-MnO_2在乙醇气相选择氧化和CO氧化中的构效关系（英文）

二氧化锰(MnO_2)因具有制备简单、Mn~(4+)/Mn~(~(3+))/Mn~(~(2+))混合的金属价态、可调变的晶型结构(如α,β,γ,δ等)、丰富的表面氧缺陷和活泼的晶格氧等特点,在多相催化领域被广泛用作需氧氧化催化剂.MnO_2催化气相氧化主要集中在催化燃烧或完全氧化,催化性能最佳的MnO_2晶型因反应底物不同会有所差异.由于其氧化催化活性较高、选择性难于控制, MnO_2这类结构丰富、价廉易得的催化剂在气相选择氧化制高附加值化学品中面临着机遇和挑战.乙醇气相选择氧化制乙醛符合绿色和可持续性化学工业的发展需求,被认为是替代传统高污染、高成本的乙烯瓦克氧化工艺的最佳选择.MnO_2在催化乙醇燃烧中应用广泛,不同晶型MnO_2中α-MnO_2的活性最高.我们已经报道了非变价金属离子掺杂α-MnO_2 (M-OMS-2),特别是具有最强表面碱性和可还原性的Na-OMS-2在乙醇气相选择氧化中获得了高达66%的乙醛产率和与贵金属催化剂相接近的催化效率.然而,不同晶型MnO_2对乙醇气相选择氧化催化性能的影响,以及选择氧化和完全氧化所需的MnO_2晶型和结构性质是否一致尚不清楚.这些问题的阐明无疑能够指导更高性能MnO_2选择氧化催化剂的设计合成.本文首先制备了四种晶型(α,β,γ,δ)MnO_2,并将其应用于气相乙醇选择氧化和CO氧化,惊喜地发现γ-MnO_2在这两类反应中均表现出最高的催化活性,这与之前报道的乙醇催化燃烧和CO氧化结果明显不同,证明了MnO_2的晶型结构和反应条件对其催化氧化性能有重要影响.为了深入研究γ-MnO_2在乙醇气相选择氧化和CO氧化中的构效关系,通过一锅水热法制备了金属掺杂的M-γ-MnO_2 (M=Cu~(2+), Zn~(2+), Mg~(2+), Co~(2+), Ni~(2+), Ca~(2+), Al~(3+), Fe~(3+), La~(3+)).采用多种表征手段证明了金属掺杂能够有效地调变γ-MnO_2的结构组成、表面酸碱性和可还原性.制得的M-γ-MnO_2催化剂在CO和乙醇氧化中显示出不同的活性顺序,发现CO氧化中催化剂的酸碱性更加重要.具有最高表面碱性/酸性位点摩尔比的Zn-γ-MnO_2在CO氧化中活性最佳,其表面锰物种和氧物种的氧化态在反应前后基本不变,表明M-γ-MnO_2上的CO氧化遵循基于晶格氧的Mars-vanKrevelen机理.与之不同的是,催化剂的可还原性是影响乙醇气相选择氧化性能的更主要因素.具有最高表面可还原性的Cu-γ-MnO_2于200°C获得了最高75%的乙醛产率和较好的催化稳定性,这归因于其在较低温度下存在更多的Mn~(2+)/Mn~(3+)缺陷位和氧空位,这有利于O_2和乙醇的低温活化.进一步的动力学研究表明, O_2和乙醇浓度对反应速率影响不大,而空速的增大能够大幅度提高乙醛的时空收率.同位素效应证明醇羟基断裂仍然是反应的速控步骤,因此表面晶格氧和吸附氧物种均参与了乙醇活化.     

亚临界水中葡萄糖转化生成5-羟甲基糠醛的理论研究

采用色散修正的密度泛函理论,分别采用隐性溶剂模型和显性溶剂模型,对比研究了亚临界水中葡萄糖异构化为果糖以及果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)的反应机理。结果表明,显性溶剂模型更接近真实反应情况,溶剂水分子能够参与反应并在质子迁移过程起催化作用。葡萄糖异构化反应的控速步骤为开环葡萄糖的醛-烯醇异构化,其活化能取决于开环葡萄糖中α-H提取的难易程度及生成的碳负离子的稳定性。果糖脱水反应控速步骤为呋喃果糖的第一次分子内脱水,所需活化能取决于呋喃果糖C(2)位OH质子化脱水后形成的碳正离子的稳定性。本工作揭示了Br?nsted碱对葡萄糖异构化反应及Br?nsted酸对果糖脱水反应促进作用的根本原因,为葡萄糖降解转化催化剂的调控及溶剂的筛选提供理论依据。     

钯催化2-溴-1,3,5-三甲基苯和异丙基硼酸Suzuki-Miyaura偶联反应中配体对产物选择性调控的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算,我们研究了钯催化2-溴-1,3,5-三甲基苯和异丙基硼酸发生Suzuki-Miyaura偶联反应的机理,并考察了催化剂中的膦配体对产物选择性的影响.计算结果表明,反应机理主要包含3个步骤,涉及氧化加成、转金属化和还原消除.与没有碱基和水参与的反应相比,转金属化步骤在K_3PO_4和水的辅助下更容易发生.根据Shaik等提出的能量跨度模型, 5c是反应的决速中间体,还原消除步骤中生成产物的过渡态是反应的决速过渡态,并决定了反应产物的选择性.此偶联反应能够生成3种产物,理论计算表明, product-1是主要产物,product-2和product-3是次要产物,这与实验的数据是一致的.进一步计算表明,采用大配体钯催化剂可以抑制异构化和还原副反应,有利于生成期待的产物product-1.     

NAD(P)H辅酶模型还原碳正离子反应的研究: 动力学、热力学及反应机理

本文对NAD(P)H模型物BNAH同xanthylium正离子反应的动力学进行了较为详尽的测定。同位素效应,自由基抑制剂对反应的影响以及对不同机理模式中各基元步骤的热力学趋动力的研究均表明,反应由决速的电子转移引发,随后通过快速的氢原子转移而形成产物。动力学活化参数的分析指出,电子转移前反应底物间首先形成一个预配合平衡。本文还对BNAH还原9-苯基xanthylium正离子和三苯甲烷正离子的机理进行了较合理的估测。