非水溶剂溶胶-凝胶法制备的纳米卤氧化镧在甲烷氧化偶联反应中的应用

采用非水溶剂溶胶-凝胶法制备了具有四方晶体相结构的纳米LaOX(X=Cl,Br).X射线粉末衍射和扫描电子显微镜结果表明,纳米LaOX样品的形貌规整、粒径均匀(平均粒径约为47nm).在甲烷氧化偶联(OCM)反应中,纳米LaOX显示出比常规尺度LaOX更高的催化活性和C2选择性,且纳米LaOX具有良好的稳定性.此外,常...     

合成气在Rh（111）上转化为乙醇的机理的键级守恒研究

Rh上乙醇的生成机理,目前主要有两类.一是Ichikawa等为代表提出的“CO解离—CH_x(x=2或3)—乙酰基—乙醇”机理;另一是蔡启瑞等的“CO缔合—甲酰基(金属氧卡宾)—卡宾—乙烯酮—乙酰基—乙醇”机理.本文用Shustorovich的键级守恒—Morse势(BOC-MP)法对其进行了研究     

中性团簇(CeO2)m(m=1~3)活化甲烷C—H的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论(DFT)计算了CH₄在电中性(CeO₂)_m(m=1~3)团簇上的活化情况, 并对其机理进行了探讨. 计算结果表明, 甲烷C—H键在团簇上的活化为亲核加成模式, 电子由团簇流向甲烷C—H反键轨道, 使甲烷C—H键削弱而得以活化, 反应的过渡态为四中心结构. 团簇的桥氧位活化甲烷C—H键的活性大于端氧位, 而三重桥氧位的活性高于二重桥氧位. 团簇中作用位点Ce和O原子的电荷布居与其活化甲烷C—H的能力密切相关. 溶剂的存在不仅降低了甲烷C—H活化自由能垒, 而且使与甲烷作用的团簇各位点的活性差异缩小.     

C18环基过渡金属(Os,Ir)单原子对甲烷C—H的活化

由于高度的化学稳定性,作为天然气主要成分的甲烷分子的转化和利用极富挑战性和研究意义.然而,这一问题的突破有赖于甲烷C—H的活化,特别是温和条件下活化催化剂的研发.本文采用密度泛函理论方法计算考察了过渡金属TM(Os, Ir)单原子-碳18环(TMC₁₈)对甲烷C—H的活化.结果表明,相对于TM单原子,TM单原子键合在碳18环上后,显著降低了甲烷C—H的活化能垒;而相较于TM单价阳离子,则削弱了C—H键裂解物种CH₃与TM的结合力.结合力较弱的TM-CH₃,对物种CH₃的脱附或进一步转化为附加值高的化学品有利.对TM-碳18环间的作用进行分析发现,碳18环通过与TM的d-π共轭,呈现良好的储存和吸电子的作用,进而可以促进甲烷C—H活化能垒的降低.碳18环基TM单原子具有温和条件下高效活化甲烷C—H的潜力.     

La-O小团簇上超氧物种与过氧物种间的连接途径

采用密度泛函理论方法考察了La-O团簇上超氧物种与过氧物种间转化的连接途径. 单重态下, 团簇上单个超氧物种可通过一系列臭氧物种转化为过氧物种, 且转化能垒较高;三重态下, 单个超氧物种则并无与过氧物种间连接的途径. 然而, La-O团簇上两超氧物种间的相互作用及其转化也具单重态和三重态两条途径. 三重态下, 超氧物种可很容易地转化为过氧物种(O₂^- + O₂^-↔O₂^2- + O₂), 超氧物种与过氧物种处于快速的交换状态之中;单重态下, 超氧物种转化为过氧物种则需较高的活化能垒, 表明在单重态下这些氧物种具有较高的稳定性.     

Nb+离子活化甲烷脱氢反应机理密度泛函(DFT)研究

通过DFT-UB3LYP方法, 计算了五重、三重和单重自旋态下的气相Nb+离子活化甲烷脱氢反应的能量变化, 并对其直接式和插入式反应机理进行了比较, 考察了自旋翻转对反应的影响. 结果表明, 插入式脱氢较直接式有利, CH4上的H转移到Nb+上形成的中间体HNbCH+3中, 多重度由五重降为三重, 反应活化能垒显著降低; HNbCH+3可经四中心过渡态转化为(H2)NbCH+2, 最后生成三重态的NbCH+2+H2. 速控步骤为(H2)NbCH+2的脱氢. 此外, 通过对V+, Nb+, Ta+活化甲烷的比较研究了三者活化甲烷的反应活性.     

氧化镧表面反应性对甲烷和氧分子活化的影响

以氧化镧催化剂在甲烷氧化偶联(OCM)反应中的结构敏感性实验研究为基础, 采用周期性密度泛函理论(DFT)计算研究氧化镧(001), (110)和(100)3个晶面及OCM反应物分子甲烷和氧在其上的吸附、 活化和解离. 结果表明, 氧化镧(001), (110)和(100)3个晶面的表面能大小顺序为(110)>(100)>(001), 3个晶面的价带和导带间隙大小顺序为(110)<(100)<(001), 即(001)是3个晶面中最稳定的晶面, 而(110)则是最活泼的晶面. 甲烷分子在氧化镧(001), (110)和(100)晶面上的吸附很弱(0.03 eV), H—CH₃解离吸附能分别为2.16, 0.68和0.90 eV, 解离反应的难易性与晶面的活性顺序一致; 而氧分子在氧化镧(001), (110)和(100)晶面上的分子吸附能分别为-0.04, -0.31和-0.12 eV, 解离吸附能分别为1.22, 0.53和1.52 eV, 即氧化镧晶面结构对氧分子吸附具有明显的影响, 其中, (001)晶面上吸附最弱, (110)晶面上吸附最强, 以致O—O在(110)晶面上可以较低能垒(0.53 eV)解离, 形成亲电的过氧物种. 由于氧分子在氧化镧表面的吸附较甲烷分子强, 因此, 氧化镧在OCM反应中结构敏感性应与氧分子的吸附和活化密切相关. 甲烷和氧分子在氧化镧表面上活化的本质源自于电子自表面流向甲烷和氧分子的反键轨道, 且表面结构的改变会导致不同强度的电子流动驱动.     

Monte Carlo法模拟CO在Fe(100)表面的升温脱附

以类桥位的模型为基础,采用Monte Carlo算法,结合键级守恒-Morse势方法(BOC-MP),模拟了CO在Fe(100)表面上平躺式吸附,考虑了金属与吸附质(M-A)、吸附质与吸附质(A-A)之间的相互作用,以研究小分子在金属表面上的TPD谱图,分析了CO的解离过程和脱附过程对TPD谱图的影响,结果表明,理论模拟与实验相符.     

MonteCaro法模拟CO在Fe（100）表面的升温脱附

以类桥位的模型为基础,采用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ算法,结合键级守恒－Ｍｐｒｓｅ热方法,模拟了ＣＯ在Ｆｅ（１００）表面上平躺式吸附,考虑了金属与吸附质（Ｍ－Ａ）,吸附质与吸附质（Ａ－Ａ）之间的相互作用。     

预处理条件对La_2O_3上过氧物种光诱导生成的影响

采用原位显微Raman光谱技术详细考察了焙烧温度和焙烧时间对La(OH)3分解制备的La2O3结构以及过氧物种光诱导生成性能的影响,结果表明,经700℃焙烧所得La2O3样品较经800℃以上长时间焙烧的样品更有利于过氧物种的生成.对La(OH)3热分解过程的原位XRD测试结果表明,焙烧温度需达到近700℃才可使La(OH)3完全转化为La2O3.在700℃焙烧的样品上,除了六方相的La2O3外,还可检出介稳态的立方相La2O3.经800℃以上长时间(≥5 h)焙烧后,介稳态的立方相La2O3将转化为稳定的六方相La2O3物种.在相同的实验条件下,立方相的稀土倍半氧化物较六方相更有利于过氧物种的光诱导生成,其原因可能源于前者含更多氧空位,因而更有利于对分子氧的吸附和活化.