碳管炉中甲烷热解参数对沉碳过程的影响

本工作在1310～2020℃范国内,以碳管炉中甲烷的热解沉碳为对象,研究了温度,接触时间,s/v比等参数变化对沉积过程的影响,并从沉碳速度随温度的变化关系出发,讨论和提出了从沉碳速度直接计算活化能的新方法。     

单分子分解成两个自由基反应的半经典统计方法——Ⅰ.关于CH_4分解成CH_3·和H·自由基的研究

本文计算了温度范围在300—1500K,CH_4→CH_3·+H·的分解反应中,过渡态CH_3…H的平均键长、频率因子、活化能及反应速率常数。计算结果和实验结果符合得很好。     

高催化活性M-BHT(M=Co,Cu)电催化还原CO_2为CH_4的密度泛函理论研究（英文）

具有独特电子结构和丰富催化位点的二维金属有机框架材料是具有高活性的CO_2还原反应的电催化剂.本文基于密度泛函理论(DFT)计算,发现单层Co-BHT(BHT=benzenehexathiol,苯六硫醇)将CO_2还原为CH_4时具有很高的催化活性.吉布斯自由能变化计算结果表明,在Co-BHT上将CO_2还原成CH_4的最佳反应路径为CO_2→~*COOH→CO→~*CHO→~*CHOH→~*CH→~*CH→~*CH_3→CH_4;整个反应的速度控制步骤为~*CO→~*CHO;速度控制步骤的吉布斯自由能变化(ΔG_L)为0.66 eV,比在二维Cu-C_3N_4(ΔG_L=0.75 eV)和传统的Cu(211)表面(ΔG_L=0.74 eV)将CO_2还原为CH_4的吉布斯自由能变化都小.而在单层Cu-BHT表面的反应路径和速度控制步骤(CO_2→~*COOH)与Co-BHT均不同,且ΔG_L为0.76 eV.与Cu-BHT相比,Co-BHT将CO_2还原为CH_4的ΔG_L更低,这可能归因于Co-BHT的d能带中心高于Cu-BHT,导致Co-BHT与中间体的相互作用更强.     

甲苯热裂解机理的AM1研究(Ⅱ)动力学分析

在（Ⅰ）报热力学的基础上,本文用Gaussian98程序包中AM1法UHF计算,对碳材料用碳前驱体甲苯热裂解机理进行了动力学研究,通过用QST2方法寻找过渡态并经过内禀反应坐标IRC验证。计算得到了甲苯5种热裂解路径的活化能;用过渡态理论,计算了得到了这些路径在298－1073K温度范围内的速率常数。动力学计算结果表明：甲苯在热解温度低于963K时的主反应路径为甲苯热裂解生成苄基自由基的反应;该主反应路径又是经过由反应物→中间体→产物而完成,速控步为反应物→中间体,速控步的活化能△E^O=E(TS1′）-E（R）=227.20kJ.mol^-1;当温度高于963K或1073K左右时,主反应路径转为苯环上脱甲基生成苯基和甲基自由基的路径。以上研究结果与实验结果相一致。     

多次碰撞条件下金阳离子诱导的甲烷碳-碳偶联（英文）

金属正离子与甲烷的反应活性有着广泛的研究,但已报道的离子分子反应通常在单次碰撞或低碰撞能条件下发生。本文介绍最近搭建的一个由迁移管与离子漏斗组成的离子分子反应装置,在多次碰撞与可变碰撞能条件下研究离子分子反应。离子源产生的Au~+在迁移管内与甲烷反应,经漏斗与离子阱收集后由质谱检测。该反应装置的反应气压可达100Pa,且离子与分子的碰撞能可通过迁移管与离子漏斗间的电势差调节。利用该装置,我们研究了闭壳层Au~+离子与甲烷的反应,并观测到碳―碳偶联产物Au C_2H_4~+生成。密度泛函理论计算表明经由Au―CH_2与Au―CH_3物种的两条反应通道均可发生碳―碳偶联反应(Au~++2CH_4→Au C_2H_4~++2H_2)。离子轨迹模拟表明迁移管与漏斗间的电场可提供足够的碰撞能促进碳―碳偶联反应发生。     

焦煤裂解反应研究

本文研究了我国河北峰峰焦煤裂解反应,根据总包一级反应动力学模型对实验数据进行处理,结果表明温度低于700℃时满足阿仑尼乌斯方程,活化能为E=46kJmol~(-1)。 如果把煤裂解按一系列并行的不可逆一级反应步骤进行模拟,连续分布函数f(E)对活化能E的曲线遵从高斯正态分布,从而得到最可几活化能为E=259kJmol~(-1)。 测定了气相中碳氢化合物和氢的含量。结果表明气相中主要成分是甲烷,其来源,一来自煤裂解本身,二来自气相产物的二次反应。     

ESCA研究CH4—O2在铁和锰表面上的化学行为

利用ESCA研究比较了CH_4—O_2在过渡金属铁和锰表面上的化学行为,结果表明:(1)在室温和高真空(P=10~(-5)Pa)下,甲烷与金属(铁和锰)表面和预先氧化的金属(Fe_2O3和MnO)表面作用,均未观察到有任何化学反应。但当甲烷与氧共吸附时,金属表面上就可检测到碳物种生成(CH_x,CH_xO,Carbide等),说明过渡金属铁和锰表面上的过渡态氧能够使甲烷脱氢活化;(2)合理地选择反应气CH_4/O_2比值。对有效且有选择地进行甲烷转化十分重要。CH_4/O_2比值太低,易使在表面生成的碳物种深度氧化;CH_4/O_2比值太高,表面生成碳物种的速率(甲烷转化率)大为减小;(3)在设计和选择甲烷氧化偶联反应催化剂时,应考虑催化剂表面上金属离子对氧和碳的键合强度因素。     

La2O3／BaCO3催化剂对于甲烷氧化偶联反应的催化作用

本文报导了La_2O_3/BaCO_3催化剂上甲烷氧化偶联反应如果,详细地考察了催化剂配比、反应温度、原料气组成及空速、催化剂制备方法的改变等对反应结果的影响,在反应温度T=780℃,CH_4/O_2=5:1和GHSV=1.8×10~4h~(-1)的反应条件下,甲烷转化率和乙烯选择性分别为25.5和71.4%,同时利用XRD,FTIR及EDS等技术对此催化剂进行了结构表征,其结果证明La_2O_3和BaCO_3两相间的协同效应可能是此催化剂体系具有高反应活性的原因.     

甲烷在MnOx／SiO2催化剂上氧化偶联反应的研究

本文研究了催化剂MnOx/SiO_2在改进为连续进料反应条件下的催化活性及其催化反应机理.实验结果表明;锰负载量升至10(Wt)%时,甲烷转化率和C_2选择性均最高;进一步增大锰负载量时,催化剂中Mn_3O_4晶相形成,此时催化活性开始下降,说明催化剂中形成的硅酸锰盐与甲烷氧化偶联反应直接关联.反应初期,催化反应活性较高,但C_2选择性较低,反应几小时后,活性有所下降,但C_2选择性提高,最后.活性和选择性趋近稳定.进一步研究表明:催化剂中Mn~(2+)配位环境从反应前的八面体中介场转变为四面体强场,而且催化剂中Mn~(2+)浓度增大约100倍,说明Mn~(2+)浓度提高有利C_2选择性提高.反应稳定后的催化剂表面观察到Carbide(282.9 eV)和CHx(a)(X=0-3)(284.5 eV)碳物种存在,说明甲烷在催化剂表面吸附并分解:CH_4(g)→CH_3(a)→一CH_2(a)→→→Carbide,并讨论了甲烷通过CHx(a)在催化剂表面上迁移,直接偶联生成乙烯(X=2)和乙烷(X=3)的可能性.     

CH_2CH(~2A')自由基与臭氧反应机理的理论研究

用量子化学MP2（full）方法,在6－311+ +G~(**)基组水平上研究了CH_2CH (~2A~＇)自由基与臭氧反应的机理,全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过 渡态和产物的几何构型,在QCISD（T,full）/6-311+ +G~(**)水平上计算了它们的 能量,并对它们进行了振动分析,以确定中间体和过渡态的真实性,研究结果表明 ：CH_2CH(~2A~＇)自由基与臭氧反应有两条可行的反应通道,分别为：CH_2CH (~2A~＇)+O_3→TS1→M1→TS2→O_2+OCH_2CH→TS4+O_2→O_2(~3∑_g)+CH_2CHO (~2A~＂)和CH_2CH(~2A~＇)+O_3→M2→TS3→O_2(~3∑_g)+CHO(~2A~＂),后一个反 应通道较容易发生,而且反应活化能小（2.97kJ/mol）,说明CH_2CH(~2A~＇)自由 基与臭氧之间的反应活性很强。     

MgO活化甲烷碳氢键的密度泛函研究

在B3LYP/6-311 + G（2d, 2p）水平上计算了MgO + CH_4 → Mg+CH_3OH反应的 单态势能曲线。结果发现MgO和CH_4发生相互作用,首先形成两种类型的分子-分子 复合物（MgOCH_4和OMgCH_4）;分子-分子复合物OMgCH_4能发生进一步转化,即 MgO插入到CH_4的C-H键中,产生中间体HOMgCH_3,此中间体在本反应中是能量上最 稳定的构型;它还有可能进一步发生反应,产生原子-分子复合物MgCH_3OH,但其 活化能太高,为299.8kJ·mol~(-1),是整个反应的速率控制步骤;最后一步是 MgCH_3OH放出CH_3OH分子,整个反应放热146.1 kJ·mol~(-1)。     

CH_2CH(~2A')自由基与臭氧反应机理的理论研究

用量子化学MP2（full）方法，在6－311+ +G~(**)基组水平上研究了CH_2CH (~2A~＇)自由基与臭氧反应的机理，全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过 渡态和产物的几何构型，在QCISD（T,full）/6-311+ +G~(**)水平上计算了它们的 能量，并对它们进行了振动分析，以确定中间体和过渡态的真实性，研究结果表明 ：CH_2CH(~2A~＇)自由基与臭氧反应有两条可行的反应通道，分别为：CH_2CH (~2A~＇)+O_3→TS1→M1→TS2→O_2+OCH_2CH→TS4+O_2→O_2(~3∑_g)+CH_2CHO (~2A~＂)和CH_2CH(~2A~＇)+O_3→M2→TS3→O_2(~3∑_g)+CHO(~2A~＂),后一个反 应通道较容易发生，而且反应活化能小（2.97kJ/mol），说明CH_2CH(~2A~＇)自由 基与臭氧之间的反应活性很强。     

担载型贵金属催化剂上甲烷直接羰基化反应

利用程序升温脉冲反应、恒温脉冲反应及探针分子表面反应技术较系统地考察了担载型贵金属催化剂上甲烷直接羰基化制乙醛的反应，研究发现通过采用总反应分解法操作后，能够克服甲烷直接羰基化反应的热力学限制，将总反应转化为两个可在较温和条件发生的反应，首次实现了CH4＋CO→CH3CHO的反应即首先进行甲烷的分解，然后引入CO与甲烷分解所产生的表面物种直接反应生成乙醛．本文还探讨了甲烷吸附条件，CO与甲烷分解所产生的表丙碳物种间的作用等反应的影响因素、探针分子CH3I的表面反应结果显示甲烷分解产生的CHx（ad）（x≤3）物种可能是该反应的活性中间体     

羰基钴催化烯烃醛化反应中氢活化作用的理论研究——Ⅰ.氢在RCOCo(CO)_3上的氧化加成反应

本文运用ASED-MO理论计算了羰基钴催化烯烃醛化反应中氢的氧化加成反应(CH_3COCo(CO)_3 H_2→CH_3COCo(H)_2(CO)_3)的反应物,产物构型和反应过程的能量变化。得到了反应物、产物的稳定构型。由计算结果,提出了两种可能的反应途径,并分别获得了两种途径的位能面图。由此求出反应的活化能和反应热并根据计算结果对反应过程进行了讨论。     

羰基钴催化烯烃醛化反应中氢活化作用的理论研究——Ⅰ.氢在RCOCo(CO)3上的氧化加成反应

本文运用ASED-MO理论计算了羰基钴催化烯烃醛化反应中氢的氧化加成反应(CH_3COCo(CO)_3+H_2→CH_3COCo(H)_2(CO)_3)的反应物, 产物构型和反应过程的能量变化。得到了反应物、产物的稳定构型。由计算结果, 提出了两种可能的反应途径, 并分别获得了两种途径的位能面图。由此求出反应的活化能和反应热并根据计算结果对反应过程进行了讨论。     

手性和尺寸对受限于单壁碳纳米管内的硝基甲烷热解反应的影响

采用组合的量子化学ONIOM(B3LYP/6-311++G**:UFF)方法, 研究了不同直径的扶手椅型(CNT(5,5)、CNT(6,6)、CNT(8,8))和锯齿型(CNT(9,0)、CNT(10,0)、CNT(11,0))单壁碳纳米管(CNTs)的限制作用对硝基甲烷分子结构和热解反应的影响. 分子结构分析表明, 与单体硝基甲烷相比, 受限于直径较小的CNT(5,5)和CNT(9,0)碳纳米管内的硝基甲烷构型发生扭转, Cs对称性消失, C—N键长略微缩短; 而受限于CNT(6,6)、CNT(8,8)、CNT(10,0)和CNT(11,0)内的硝基甲烷结构变化不明显. 热解势能面计算发现, 与硝基甲烷单体的热解是一个无过渡态的解离过程明显不同: 硝基甲烷在CNT(5,5)和CNT(9,0)碳纳米管内沿C—N键的解离经历过渡态结构, 所需克服的活化能比单体的解离能分别下降了约71和58 kJ·mol-1; 在CNT(6,6)和CNT(10,0)碳纳米管内, 硝基甲烷的热解活化能略有下降; 而在直径较大的CNT(8,8)和CNT(11,0)碳纳米管内, 热解活化能基本不变. 研究结果表明, 直径小的碳纳米管的限制作用对硝基甲烷热解活化能影响显著, 碳纳米管的手性对硝基甲烷热解反应影响不明显.     

霍林河褐煤热解甲烷生成反应类型及动力学的热重-质谱实验与量子化学计算

应用开放体系的热重-质谱联用技术(TG/MS)对未成熟的霍林河褐煤(镜质组最大反射率ROmax为0.33%)进行了热解模拟, 获得了甲烷的在线析出速率曲线. 曲线拟合结果表明, 甲烷生成速率曲线可以分解为5个峰, 结合化学动力学分析, 发现低温阶段甲烷的峰为吸附甲烷析出峰, 其余四个峰为热解甲烷的生成峰, 代表四类不同的化学反应. 将煤的结构特征及量子化学的理论计算相结合, 认为甲烷的生成包括4类反应, 类型1为与氧等杂原子相连的脂碳断裂; 类型2包含了两种反应, 一种是短链脂肪烃类官能团β位断裂, 另一种是所形成的长链脂肪烃类物质二次裂解; 类型3是与芳核直接相连的甲基热解脱落; 类型4为存在于煤结构中脂肪类物质的芳香化.     

碳络羰基铁簇用于费托合成低碳烃

在费托反应合成烃类的研究方面,有关CO解离和碳化物形成机理已为众多的学者所接受。铁催化剂与合成气作用,易于生成碳化物和氧化物。一般认为碳化物是甲烷和链增长的中间物种。通过金属有机化合物的研究,M_4C、M_3CH,M_2CH_2和M_1CH_3(M=金属)均已被合成、分离和鉴定,并巳知这些碳化物的加氢活化能的顺序为M_4C>M_3CH>M_2CH_2>M_1CH_3。     

二苯甲烷二氨基甲酸甲酯热分解制备二苯甲烷二异氰酸酯的表观动力学研究

在癸二酸二(2-乙基己基)酯溶剂中研究了二苯甲烷二氨基甲酸甲酯(MDC)的分解反应机理,建立了二苯甲烷二氨基甲酸甲酯的分解反应动力学模型。通过实验测定,并对不同温度下体系中各物质的浓度数据进行线性拟合得到反应速率方程。结果表明：MDC的热分解分为两个步骤,均为一级反应。两步反应的活化能分别为：138.82kJ/mol,167.78kJ/mol;指前因子分别为：1.51×1012min-1,5.33×1014min-1。     

ε-六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）热解机理的理论研究

运用量子化学中非限制性Hartree-Fock自洽场(UHF-SCF)PM3分子轨道(MO)方法,计算研究六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW或CL-20)的最稳定ε晶型化合物的气相热解引发反应.求得可能的四种不同热解反应通道的过渡态、活化能和位能曲线,发现其热解引发步骤为五元环上侧链N—NO2键的均裂.在过渡态附近相关原子电荷发生突变.