密度泛函理论结合固体核磁共振谱学研究SSZ-39分子筛骨架铝分布与Br(o)nsted酸性关系

含铜的SSZ-39分子筛(AEI拓扑结构)在机动车尾气氨气选择性催化还原(NH3-SCR)反应中性能优异,其中SSZ-39分子筛的骨架铝分布与对应的Br(o)nsted酸性质对反应性能影响至关重要.我们通过密度泛函理论计算同时结合固体核磁共振谱学实验探究了高硅和富铝SSZ-39分子筛骨架Al位置以及与相应Br(o)ns...     

DFT计算结合固体NMR研究富铝SSZ-13的铝分布和Br?nsted酸性

具有菱沸石(CHA)结构的SSZ-13分子筛在甲醇制烯烃(MTO)及柴油机车尾气氨选择性催化还原(NH_3-SCR)反应中具有重要的应用,采用富铝SSZ-13可以调节MTO反应的烯烃选择性和提升NH_3-SCR的低温脱硝活性,因此SSZ-13中的铝含量和分布与对应的酸性决定了其催化性能。本文采用密度泛函理论结合固体核磁共振实验研究了富铝和富硅HSSZ-13的Al位置与Br?nsted酸强度的内在关系。通过计算取代能发现,对于孤立Al位,质子位于Al周围4个不同O位时能量差异较小,最稳定的B酸位点是O(1)―H。对于富铝SSZ-13,两个Al原子位于同一六元环的对位是Al-Si-Si-Al (NNNN)序列中最稳定的结构,而Al-Si-Al (NNN)序列中能量最优的Al分布是两个铝原子排布于六棱柱上下不同的六元环上。通过计算最稳定构型下的质子亲和势、NH3脱附能和吸附氘代乙腈后的1H NMR化学位移,发现富铝SSZ-13中含有Si(2Al)分布的NNN序列导致了其Br?nsted酸强度弱于高硅的分子筛。分峰拟合29Si魔角旋转核磁共振(MASNMR)谱图表明富铝SSZ-13中Si(2Al)的含量在43%以上,而吸附氘代乙腈后的1H MAS NMR实验显示富铝SSZ-13的桥羟基化学位移向低场移动,进一步证明富铝SSZ-13具有较弱的Br?nsted酸强度。     

用固体核磁共振谱定量研究脱铝HY分子筛中碱“诱导”的Brnsted酸性位

用氘代吡啶和三甲基膦(TMP)作为碱性探针分子,用1H和31P魔角旋转(MAS)NMR谱对脱铝和未脱铝微孔HY分子筛中的Br#nsted酸(B酸)进行了定量研究.发现在脱铝HY中,吸附探针分子后的B酸量比吸附前的要多,而在未脱铝的HY样中,吸附吡啶分子前后测得的B酸量基本一致,证实了在微孔分子筛中存在碱“诱导”B酸位,即靠近铝的端位SiOH能在碱性探针分子的诱导下形成桥式羟基(SiOHAl).对这种碱“诱导”B酸位的形成机制进行了讨论.     

用固体核磁共振谱定量研究脱铝HY分子筛中碱"诱导"的Br(o)nsted酸性位

用氘代吡啶和三甲基膦（TMP）作为碱性探针分子，用^1H和^31P魔角旋转（MAS）NMR谱对脱铝和未脱铝微孔HY分子筛中的Bronsted酸（B酸）进行了定量研究．发现在脱铝HY中，吸附探针分子后的B酸量比吸附前的要多，而在未脱铝的HY样中，吸附吡啶分子前后测得的B酸量基本一致，证实了在微孔分子筛中存在碱“诱导”B酸位，即靠近铝的端位SiOH能在碱性探针分子的诱导下形成桥式羟基（SiOHA1）．对这种碱“诱导”B酸位的形成机制进行了讨论．     

用固体核磁共振谱定量研究脱铝HY分子筛中碱"诱导"的Brönsted酸性位

用氘代吡啶和三甲基膦(TMP)作为碱性探针分子,用1H和31P魔角旋转(MAS)NMR谱对脱铝和未脱铝微孔HY分子筛中的Br(o)nsted酸(B酸)进行了定量研究.发现在脱铝HY中,吸附探针分子后的B酸量比吸附前的要多,而在未脱铝的HY样中,吸附吡啶分子前后测得的B酸量基本一致,证实了在微孔分子筛中存在碱"诱导"B酸位,即靠近铝的端位SiOH能在碱性探针分子的诱导下形成桥式羟基(SiOHAl).对这种碱"诱导"B酸位的形成机制进行了讨论.     

β分子筛中BrΦnsted酸分布及酸性强度的量子化学ONIOM理论计算研究

基于量子化学ONIOM [B3LYP/6-31G(d,p):UFF]计算方法,研究了β分子筛中BrΦnsted酸的落位及其酸性强度.计算采用22T簇模型,得到了不同酸性位的(Al,H)/Si替代能和质子亲和势.研究结果表明,BrΦnsted酸最有可能落位在Al(8)-O(11).Si(4),Al(8)-O(4)-Si(1),Al(7)-O(7)-Si(2)和Al(9)-O(6)-Si(3)位置.根据去质化能的计算,Al(7)-O(7)-Si(2)位置的酸性最强,A1(8)-O(11)-Si(4)的酸性最弱.酸性的强弱顺序为Al(7)-O(7)-Si(2)＞Al(9)-O(6)-Si(3)＞Al(8)-0(4)-Si(1)＞Al(8)-O(11)-Si(4).     

用密度泛函理论研究NO在H-ZSM-5分子筛不同酸性位的吸附

利用密度泛函理论(DFT),基于7T簇模型,在B3LYP/6-31G(d,p)水平上研究了NO分子在H-ZSM-5分子筛孔道中α,β,γ酸性位的吸附.在计算过程中,首先对H-ZSM-5的α,β,γ酸性位进行优化计算,然后对NO分子η1-N和η1-O两种吸附模式的红外光谱和吸附能进行计算.计算结果表明,NO分子以η1-N模式吸附于H-ZSM-5分子筛酸性位上,不同酸性位对NO分子的吸附能力排序为:α酸性位>β酸性位>γ酸性位.此外,H-ZSM-5分子筛直型孔道更有利于NO分子的吸附和扩散,因而可更有效地促进NO分子催化分解反应的进行.     

密度泛函理论研究分子筛相邻双酸性位对乙烯质子化反应的影响

采用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)方法,研究了HZSM-5分子筛上不同酸性位以及相邻双酸性位对乙烯质子化反应的影响,考察了乙烯吸附、质子化反应过渡态和表面乙氧中间体的几何结构、原子电荷和相关能量.结果表明,存在紧邻酸性位的分子筛酸性明显减弱,乙烯分子的吸附能降低,但质子转移过渡态的活化能仅略有降低;次邻酸...     

β分子筛中Brønsted酸分布及酸性强度的量子化学ONIOM 理论计算研究

基于量子化学ONIOM [B3LYP/6-31G(d,p):UFF]计算方法, 研究了β分子筛中Brønsted酸的落位及其酸性强度. 计算采用22T簇模型, 得到了不同酸性位的(Al, H)/Si替代能和质子亲和势. 研究结果表明, Brønsted酸最有可能落位在Al(8)-O(11)-Si(4), Al(8)-O(4)-Si(1), Al(7)-O(7)-Si(2)和Al(9)-O(6)-Si(3)位置. 根据去质化能的计算, Al(7)-O(7)-Si(2)位置的酸性最强, Al(8)-O(11)-Si(4)的酸性最弱. 酸性的强弱顺序为Al(7)-O(7)-Si(2)＞Al(9)-O(6)-Si(3)＞Al(8)-O(4)-Si(1)＞Al(8)-O(11)-Si(4).     

密度泛函理论研究聚烯烃催化剂取代基电子效应与催化活性的关系

 采用密度泛函 BP/DNP 优化了五组 (每组化合物具有相同的框架结构和不同电子效应的取代基) 共 18 个最受关注的烯烃配位聚合催化剂, 分别计算了每个化合物中心金属上的 Hirshfeld、Mulliken 和 QEq 电荷, 中心金属的 Fukui 指数以及化合物的 HOMO 和 LUMO 能量值, 然后将这些结构参数和配合物催化乙烯聚合的活性相关联. 结果发现, 中心金属的 QEq 电荷能正确反映取代基的电子效应, 且与化合物的 HOMO 以及 LUMO 能量值与催化活性之间有良好的相关性, 可用来预测催化剂活性; 而 Hirshfeld 和 Mulliken 电荷不能正确反映取代基的电子效应, 不适合计算这些化合物的中心金属电荷. 中心金属的 Fukui 指数受取代基电子效应影响较小, 和催化剂活性之间的相关性不明显.     

H-MCM-22沸石分子筛中Brnsted/Lewis酸协同效应的~1H 和~(27)Al双量子魔角旋转固体核磁共振研究

采用各种固体核磁共振 (NMR) 技术详细研究了 H-MCM-22 分子筛中 Brnsted/Lewis 酸的协同效应. 二维 1H 双量子魔角旋转 (DQ-MAS) NMR 结果表明, 在脱铝 H-MCM-22 分子筛中 Brnsted 酸位 (骨架桥式羟基) 和 Lewis 酸位 (非骨架铝羟基) 之间是空间邻近的, 暗示着可能存在 B/L 酸协同效应. 二维 27Al DQ-MAS NMR 结果揭示了各种铝物种之间的空间邻近性, 表明 B/L 酸协同效应优先发生在 H-MCM-22 分子筛超笼中的骨架 T6 位铝和非骨架铝物种之间. 2-13C-丙酮探针分子实验发现, 因 B/L 酸协同效应而导致脱铝 H-MCM-22 分子筛酸性明显增强, 氘代吡啶探针分子实验也证实在 H-MCM-22 分子筛的超笼中发生了 B/L 酸协同效应. 上述结果将有助于我们理解在脱铝 H-MCM-22 分子筛上发生的多相催化机理.     

HNCO与CX（X=F，Cl，Br）自由基反应机理的密度泛函理论研究

用量子化学密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31+G~*水平上按BERNY能量梯度解 析全参数优化了HNCO与CX（X=F,Cl,Br）反应势能面上各驻点的几何构型,通过 振动频率分析确认了中间体和过渡态,内禀反应坐标（IRC）对反应物、中间体、 过渡态和产物的相关性予以证实,对各驻点进行了零点能校正（ZPE）在此基础上 计算了反应能垒。研究结果表明,与HNCO和其它小分子自由基反应不同,HNCO与 CX自由基反应首先发生分子间H原子迁移,随后N与CX的C（1）原子相互靠近成键并 生成较稳定的中间体,再发生N-C（2）键的断裂,完成N向C（1）上的迁移并进一 步解离为产物。反应按反应物→TS1→IM→TS2→产物通道进行。反应为放热反应。     

SAPO-34分子筛中多甲基苯分子与卤代甲烷偕甲基化反应的密度泛函理论研究

利用周期性密度泛函理论研究了SAPO-34分子筛催化转化卤代甲烷制取低碳烯烃反应的碳池主要成分多甲基苯分子的偕甲基化反应。氯甲烷和溴甲烷分子在SAPO-34分子筛内的吸附能分别是–18和–22 kJ/mol,由于氯和溴原子相似的电负性,氯甲烷和溴甲烷分子的吸附能并未被精确区分。以氯甲烷和溴甲烷为甲基化试剂,得到了几种多甲基苯分子的偕甲基化反应能及能垒,结果表明,六甲基苯分子(HMB)的偕甲基化反应为放热反应,而其余甲基苯分子的偕甲基化反应为吸热反应。对于上述两种甲基化试剂,体积最大的HMB均表现出最低的偕甲基化反应能垒,这可能是由于分子筛骨架与多甲基苯分子之间的静电相互作用增强了HMB的反应活性所致。     

SAPO-34分子筛中多甲基苯分子与卤代甲烷偕甲基化反应的密度泛函理论研究（英文）

利用周期性密度泛函理论研究了SAPO-34分子筛催化转化卤代甲烷制取低碳烯烃反应的碳池主要成分多甲基苯分子的偕甲基化反应.氯甲烷和溴甲烷分子在SAPO-34分子筛内的吸附能分别是–18和–22 kJ/mol,由于氯和溴原子相似的电负性,氯甲烷和溴甲烷分子的吸附能并未被精确区分.以氯甲烷和溴甲烷为甲基化试剂,得到了几种多甲基苯分子的偕甲基化反应能及能垒,结果表明,六甲基苯分子(HMB)的偕甲基化反应为放热反应,而其余甲基苯分子的偕甲基化反应为吸热反应.对于上述两种甲基化试剂,体积最大的HMB均表现出最低的偕甲基化反应能垒,这可能是由于分子筛骨架与多甲基苯分子之间的静电相互作用增强了HMB的反应活性所致.