铱催化甲醇羰基化制乙酸循环反应的理论探究

采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法, 对铱、碘元素采用相对论校正赝势基组SDD, 对C、O、H采用6-311+G(2d, p)基组, 优化了各反应物、中间体和过渡态的构型特征, 通过能量和振动分析证实了过渡态的真实性. 理论研究了阴离子循环中铱催化甲醇羰基化制乙酸的循环反应机理. 运用能量跨度模型获得了反应的动力学信息, 确定了各反应的决速中间体和决速过渡态和各催化剂的能量跨度和转化频率. 通过对cis-[Ir(CO)2I2]- 和 trans-[Ir(CO)2I2]-催化剂电荷密度的分析比较, 得到中心金属的富电子性提高了其催化能力, 以上计算结论与文献假设相符.     

铱催化甲醇羰基化制乙酸循环反应的理论探究

采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法,对铱、碘元素采用相对论校正赝势基组SDD,对C、O、H采用6-311+G(2d,p)基组,优化了各反应物、中间体和过渡态的构型特征,通过能量和振动分析证实了过渡态的真实性.理论研究了阴离子循环中铱催化甲醇羰基化制乙酸的循环反应机理.运用能量跨度模型获得了反应的动力学信息,确定了各反应的决速中间体和决速过渡态和各催化剂的能量跨度和转化频率.通过对cis-[Ir(CO)_2I_2]~-和trans-[Ir(CO)_2I_2]~-催化剂电荷密度的分析比较,得到中心金属的富电子性提高了其催化能力,以上计算结论与文献假设相符.     

铂基团簇Pt_3X(X=Al,Si,Cu)催化水制氢及其水解副产物氧化CO（英文）

本文基于第一性原理研究了利用具有幻数结构特点的Pt_3X(X=Al,Si,Cu)团簇仅通过一步反应就能催化分解水制氢的反应过程.吸附物H_2O@Pt_3X团簇在波长300～760 nm的紫外和可见光范围内有强吸收,表明太阳光可以方便地用于Pt_3X的催化水解制氢的反应.此外,水解后滞留在团簇上的O原子可在反应活化能为0.34～0.58 eV内与CO氧化反应生成CO_2.这个通过氧化消除"毒性"CO的结果表明了反应副产物有能作催化剂的循环再利用能力.本文发现生成的CO_2分子还可以在323 K的温度下脱离Pt_3X小团簇.     

双自由基CH燃烧反应机理的研究

应用量子理论从头算和密度泛函理论(DFT)对双自由基CH(X2Π)与O2(X3∑g-)的反应机理进行了研究.在B3PW91/6-311G**水平上优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,并计算了零点能和过渡态的虚频率.并由B3PW91/6-311G**给出了各物种的总能量.计算表明,反应物中自由基CH与O2反应主要在二重态势能面上进行,CH中的C原子可以插在O2分子中两个氧原子中间形成中间体1(2HCO2),中间体1(2HCO2)可以经过不同的反应通道形成不同的产物P1(1CO2 2H)和P2(1CO 2OH),各反应通道的反应热的计算与实验值吻合较好.     

PdCl_2催化芳基硼酸与溴代芳烃Suzuki-Miyaura偶联反应的机理研究

采用密度泛函理论(DFT)中的M06方法,以二甲基甲酰胺(DMF)溶剂,研究了无催化剂、PdCl_2为催化剂催化芳基硼酸与溴代芳烃的交叉偶联反应的反应机理.使用6-311+G*基组(Pd采用赝势基组Lan L2DZ)对芳基硼酸与溴代芳烃Suzuki-Miyaura偶联反应过程中所有反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型进行了优化,同时进行了频率计算,各过渡态都有唯一虚频,确认了中间体和过渡态的合理性;通过自然键轨道(NBO)理论和分子内原子理论(AIM)理论分析了分子轨道间的相互作用.结果发现:在没有催化剂的条件下,Suzuki-Miyaura偶联反应形成的反应速控步骤活化能为49.70 kcal/mol,在PdCl_2催化作用下,反应速控步骤活化能为31.08 kcal/mol,比较研究结果,PdCl_2能有效催化该反应的进行,我们的研究结果与实验结果相吻合.     

金属原子修饰石墨烯体系催化性能的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了单个CO和O2气体分子在金属原子修饰石墨烯表面的吸附和反应过程.结果表明:空位缺陷结构的石墨烯能够提高金属原子的稳定性,金属原子掺杂的石墨烯体系能够调控气体分子的吸附特性.通入混合的CO和O2作为反应气体,石墨烯表面容易被吸附性更强的O2分子占据,进而防止催化剂的CO中毒.此外,对比分析两种催化机理(Langmuir-Hinshelwood和Eley-Rideal)对CO氧化反应的影响.与其它金属原子相比,Al原子掺杂的石墨烯体系具有极低的反应势垒(0.4 e V),更有助于CO氧化反应的迅速进行.     

铂基团簇Pt3X(X=Al，Si，Cu)催化水制氢及其水解副产物氧化CO

本文基于第一性原理研究了利用具有幻数结构特点的Pt₃X(X=Al，Si，Cu)团簇仅通过一步反应就能催化分解水制氢的反应过程. 吸附物H₂O@Pt₃X团簇在波长300∽760 nm的紫外和可见光范围内有强吸收，表明太阳光可以方便地用于Pt₃X的催化水解制氢的反应. 此外，水解后滞留在团簇上的O原子可在反应活化能为0.34∽0.58 eV内与CO氧化反应生成CO₂. 这个通过氧化消除“毒性”CO的结果表明了反应副产物有能作催化剂的循环再利用能力. 本文发现生成的CO₂分子还可以在323 K的温度下脱离Pt₃X小团簇.     

碱土金属氧化物阳离子2MO+(M=Ca, Sr, Ba) 介入N2O与CO反应的理论研究

本文采用UB3LYP/6-311G(2d)+SDD//CCSD(T)/6-311+G(2d)+SDD方法, 计算研究了气相中碱土金属氧化物阳离子2MO+(M=Ca, Sr, Ba)参与N2O (X1∑+) + CO (X1∑+) → N2 (X1∑+g) + CO2 (X1∑+g) 的反应机理. 通过计算亲氧性得到在三种氧化物阳离子中只有2CaO+从N2O得到O原子并传递给CO的过程是热力学允许的. 碱土金属氧化物阳离子2MO+参与主题反应的机理通过以下两种方式进行, 其一为2MO+从N2O获取O原子生成2MO2+, 进而向CO提供O原子得到2MO+和CO2, 该过程为催化反应机理; 其二为2MO+先与N2O复合生成中间体IM1, 之后IM1继续与CO复合生成中间体IM2', 经过一系列反应过程最终生成2MO+, N2和CO2. 通过对两种反应过程的热力学性质和动力学因素分析得到, 2MO+(M=Ca, Sr, Ba)参与反应N2O (X1∑+) + CO (X1∑+) → N2 (X1∑+g) + CO2 (X1∑+g)的机理为后一路径, 所得结果与实验观测相符.     

碱土金属氧化物阳离子2MO+(M=Ca,Sr,Ba)参与N2O与CO反应理论研究

本文采用UB3LYP/6-311G(2d) +SDD//CCSD(T)/6-311+ G(2d) +SDD方法,计算研究了气相中碱土金属氧化物阳离子2MO+ (M=Ca,Sr,Ba)参与N2O (X1∑+)+CO(X1∑+)→N2(X1∑g+)+CO2 (X1∑g+)的反应机理.通过计算亲氧性得到在三种氧化物阳离子中只有2CaO+从N2O得到O原子并传递给CO的过程是热力学允许的.碱土金属氧化物阳离子2MO+参与主题反应的机理通过以下两种方式进行,其一为2 MO+从N2O获取O原子生成2MO+,进而向CO提供O原子得到2MO+和CO2,该过程为催化反应机理;其二为2MO+先与N2O复合生成中间体IM1,之后IM1继续与CO复合生成中间体IM2',经过一系列反应过程最终生成2MO+,N2和CO2.通过对两种反应过程的热力学性质和动力学因素分析得到,2 MO+ (M=Ca,Sr,Ba)参与反应N2O(X1∑+)+CO(X1∑+)→N2(X1∑g+)+CO2(X1∑g+)的机理为后一路径,所得结果与实验观测相符.     

FeO~+催化N_2O与CO反应的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法6-311+G(2d)的基组,计算研究了气相中六重态和四重态FeO+离子催化N2O和CO生成N2和CO2反应的微观机理,通过计算两种重态金属离子亲氧性(OA),从热力学方面说明了主题反应的可行性.分析反应过程的热力学性质和动力学因素得到FeO+与N2O复合生成反应复合物,之后继续与CO复合成中间体是能量有利反应路径,所得结果与实验观测相符.     

铜基MOF的CO氧化机理

利用第一原理密度泛函理论,研究了CO在铜基MOF ( CuBTC )上氧化的反应机理。研究显示CO和O2 弱吸附在轮形Cu2构筑单元铜的顶位上,并且电子从O2和CO转移到Cu,通过两个机理(Eley-Rideal 机理和 Langmuir-Hinshelwood机理)的研究,揭示了CO在CuBTC的氧化是准Langmuir-Hinshelwood机理,先在铜上吸附的CO和氧气先越过1.8eV的能垒形成OOCO的中间体,然后分解成CO2,同时有活性氧吸附在Cu位,活性氧与第二个CO反应生成CO2。总的来说,研究有助于理解CO在铜基 MOFs的氧化。     

二甲醚HCCI燃烧高温反应动力学分析

应用单区燃烧模型对二甲醚均质压燃燃烧的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究。通过分析在内燃机压燃燃烧边界条件下二甲醚高温氧化反应过程中的关键基元反应速度、关键中间产物以及自由基的浓度随曲轴转角的变化,得到了二甲醚燃烧氧化的高温反应途经。结果表明,二甲醚均质压燃燃烧具有明显的两阶段放热特性,即低温反应放热和高温反应放热。高温反应阶段又可分为蓝焰反应阶段和热焰反应阶段,其中蓝焰反应阶段是甲醛氧化成CO的过程,热焰反应主要是CO氧化成CO2的过程。二甲醚氧化产物之一甲酸(HOCHO)在蓝焰反应阶段分解生成CO2。     

均相条件下NO与CO、NCO的反应机理研究

基于量子化学密度泛函理论研究了NO与CO、NCO在均相条件下的反应机理并进行了动力学和平衡常数的分析. CO与NO的均相反应存在两条反应路径：两者首先反应形成中间体CNO₂,CNO₂不易稳定存在,其继续与CO、NO反应分别生成NCO、N₂O. NCO的生成速率大于N₂O,但两条反应路径的反应速率常数都很小.与已发现的反应路径相比,反应中间体CNO₂可以降低均相条件下CO与NO的反应能垒,分析发现CNO₂中的N原子是易发生反应的活性位点. NCO与NO的反应同样存在两条路径,优势反应路径随温度升高而改变,但非优势路径对反应的贡献不能忽略,分析平衡常数可知N₂的存在对反应影响可以忽略,因此燃烧环境中NCO与NO的反应既生成N₂O和CO,也生成N₂和CO₂.     

FeO+催化N2O与CO反应的密度泛函理论研究

本文采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法6-311+G(2d) 的基组, 计算研究了气相中六重态和四重态FeO+离子催化N2O和CO生成N2和 CO2反应的微观机理, 通过计算两种重态金属离子亲氧性（OA）, 从热力学方面说明了主题反应的可行性。分析反应过程的热力学性质和动力学因素得到FeO+与N2O复合生成反应复合物, 之后继续与CO复合成中间体是能量有利反应路径,所得结果与实验观测相符.     

Stereoselectivity in catalytic reactions: CO oxidation on Pd(100) by rotationally aligned O2 molecules

We report on stereodynamical effects in heterogeneous catalytic reactions as measured by molecular beam-surface experiments. Specifically for CO oxidation on Pd(100) we find that the rotational alignment of the incoming O₂ at low (Θ = 0.04 ML) and at intermediate (Θ_CO = 0.17 ML) CO pre-coverage, causes a higher reactivity of molecules in high and in low helicity states, respectively (corresponding to helicoptering and cartwheeling motion of O₂). In first approximation, at low CO pre-coverage the difference in reactivity is determined by the different location of the O atoms generated in the dissociation process by the different parent molecules, while at intermediate CO pre-coverage the reactivity is influenced also by the different ability of cartwheeling and helicoptering O₂ to penetrate through the CO adlayer. In accord with this the total amount of CO₂ produced is always largest for helicopters which generate supersurface O atoms at least in the low CO pre-coverage limit. A deeper inspection of the data indicates, however, that the dynamics is more complex, two different pathways being present for the reaction with O generated by helicopters and one for O generated by cartwheels. Moreover, cartwheels generated oxygen influences the reactivity of subsequently arriving helicopters.     

Nitric oxide reduction by CO ON Rh(111): Temperature programmed reaction

The reaction of NO with CO on Rh(111) has been studied with temperature programmed reaction (TPR). Comparisons are made with the reaction of O₂ with CO and the reaction of NO with H₂. The rate-determining step for both CO oxidation reactions is CO(a) + O(a) → CO₂(g). Repulsive interactions between adsorbed CO and adsorbed nitrogen atoms lead to desorption of CO in a peak at 415 K which is in the temperature range where the reaction between CO(a) and O(a) produces CO₂(g). Thus the extent of reaction of CO(a) with NO(a) is less than that between CO(a) and O(a) due to the lower coverage of CO caused by adsorbed N atoms and NO. A similar repulsive interaction between NO(a) and H(a) suppresses the NO + H₂ reaction. CO + NO reaction behavior on Rh(111) is compared to that observed on Pt(111).     

Mechanistic study of the CO oxidation reaction on the CuO (111) surface during chemical looping combustion

Cu-based oxides oxygen carriers and catalysts are found to exhibit attractive activity for CO oxidation, but the dispute with respect to the reaction mechanism of CO and O₂ on the CuO surface still remains. This work reports the kinetic study of CO oxidation on the CuO (111) surface by considering the adsorption, reaction and desorption processes based on density functional theory calculations with dispersion correction (DFT-D). The Eley–Rideal (ER) CO oxidation mechanism was found to be more feasible than the Mars-van-Krevelen (MvK) and Langmuir–Hinshelwood (LH) mechanisms, which is quite different from previous knowledge. The energy barrier of ER, LH, and MvK mechanisms are 0.557, 0.965, and 0.999 eV respectively at 0 K. The energy barrier of CO reaction with the adsorbed O species on the surface is as low as 0.106 eV, which is much more active in reacting with CO molecules than the lattice O of CuO (111) surface (0.999 eV). A comparison with the catalytic activity of the perfect Cu₂O (111) surface shows that the ER mechanism dictates both the perfect Cu₂O (111) and the CuO (111) surface activity for CO oxidation. The activity of the perfect Cu₂O (111) surface is higher than that of the perfect CuO (111) surface at elevated temperatures. A micro-kinetic model of CO oxidation on the perfect CuO (111) surface is established by providing the rate constants of elementary reaction steps in the Arrhenius form, which could be helpful for the modeling work of CO catalytic oxidation.     

Active role of oxide support during CO oxidation at Au/MgO

The oxidation of CO at MgO supported gold aggregates is studied by means of density functional theory calculations. In addition to serving as a structural promoter holding the gold particles, the supporting oxide also takes an active role in the bonding and activation of adsorbates bound to the gold. The oxide stabilizes a peroxolike reaction intermediate, CO.O2, and causes steric repulsion to CO. The most reactive site at Au/MgO appears where the gold shelters the MgO thereby creating a cavity where several low-coordinated Au atoms and Mg2+ cations from the substrate can interact simultaneously with an adsorbate.     

原位DRIFTS研究CH4部分氧化和CO2重整的耦合

8%Ru-5?/γ-Al2O3催化剂对于甲烷的低温活化具有较好的催化活性,在500℃下甲烷、二氧化碳和氧气的耦合反应中,吸热反应二氧化碳重整和放热反应甲烷部分氧化进行耦合强化,使得耦合反应中的甲烷转化率为38.8%。用原位漫反射傅里叶红外光谱法对钌系催化剂耦合甲烷部分氧化和二氧化碳重整反应体系机理进行研究。CO在8%Ru-5?/γ-Al2O3上吸附,表明CO在催化剂表面上波数为2 167 cm-1(2 118 cm-1)和2031 cm-1(2 034 cm-1)处形成孪生态Ru(CO)2和Ce(CO)2吸附物种,而且高温下CO吸附物种很容易从催化剂表面脱附出来。原位漫反射红外实验结果表明甲烷部分氧化反应时催化剂表面上有吸附物种碳酸根、甲酰基(甲酸盐)和一氧化碳的形成,其中表面的甲酰基和甲酸盐物种是甲烷部分氧化反应的主要活性中间物,这些中间活性中间体由甲烷吸附态CHx和催化剂表面的氧吸附态结合而形成的,随后这种中间物种再分解为CO产物;甲烷和二氧化碳重整反应时没有新的吸附物种产生,由此提出重整反应的机理是吸附态的甲烷和二氧化碳在催化剂活性中心上进行活化解离而生成合成气;甲烷、二氧化碳和氧气耦合反应过程中出现新的羟基物种(桥式羟基Ru-(OH)2),耦合反应机理复杂可能是由部分氧化和重整两类反应机理的复合,其中桥式羟基Ru-(OH)2参与了反应的进行。