DNBP给电子体构象分析及在Ziegler-Natta丙烯聚合中作用机理研究

首次采用TINKER构象搜索和DFT结构优化相结合方法,基于对Ziegler-Natta丙烯聚合催化体系邻苯二甲酸正丁酯(DNBP)给电子体快速搜索出的1 023种构象,筛选出其优势构象,减少了给电子体初始稳定结构搭建模型的盲目性和随机性.采用DFT方法,对DNBP两种构象与MgCl2载体相互作用及丙烯插入立体选择性机理进行了研究.结果表明,DNBP构象影响其在MgCl2表面的吸附,s-顺、反式构象可以单齿、桥连和螯合方式吸附在MgCl2(110)表面;s-顺、顺式仅存在桥连吸附.双氯原子缺陷载体模型上TiCl4吸附的稳定性高于DNBP,成为可能的活性中心;给电子体对活性位的作用与其吸附方式有关,DNBP以桥连方式吸附在Ti的邻位,可将无规活性中心有效转化为等规活性中心,而螯合方式不能改善催化剂的立体结构和区域选择性.     

非均相TiCl_4/MgCl_2型Ziegler-Natta催化剂催化烯烃配位聚合机理研究进展

非均相TiCl_4/MgCl_2型Ziegler-Natta催化剂(负载型Ziegler-Natta催化剂)因其高聚合活性、高立构选择性及低制备成本,是目前聚烯烃领域重要的工业催化剂.本文综述了负载型Ziegler-Natta催化剂催化α-烯烃(乙烯、丙烯)和共轭二烯烃(丁二烯、异戊二烯)配位聚合机理的研究进展,包括TiCl_4在MgCl_2表面的吸附、钛的烷基化与还原、烷基铝的作用、活性中心数目、活性中心价态、活性中心模型、可能活性中心结构及催化机理、给电子体作用等.最后,展望了负载型Ziegler-Natta催化剂催化烯烃聚合的机遇与挑战.     

混合外给电子体环己基甲基二甲氧基硅烷/二苯基二氯硅烷对丙烯聚合的影响

近年来,聚丙烯工业生产的第三代催化剂都使用烷氧基硅烷作外给电子体,不同结构的硅烷作为外给电子体,对丙烯聚合行为的影响研究表明,外给电子体能使聚合物的等规度提高,同时伴随着聚合活性下降,烷氧基硅烷等外给电子体提高等规度的作用,是由于它们选择性地使无规活性中心失活的能力远高于等规活性中心,或使无规活性中心     

硅烷类外给电子体对丙烯-丁烯序贯聚合的调控作用

外给电子体(ED)作为负载型Ziegler-Natta催化剂的一个重要组分, 在影响α-烯烃的催化活性及聚合物的立构规整性方面发挥着重要作用. 本文研究了4种不同结构及电子密度的硅烷类外给电子体[二甲基二甲氧基硅烷(D1)、 二丁基二甲氧基硅烷(D2)、 二苯基二甲氧基硅烷(D3)及二环戊基二甲氧基硅烷(D4)]对丙烯均聚及丙烯(一段)-丁烯(二段)序贯聚合的影响. 结果表明, ED对烯烃聚合的催化活性、 活性中心数及活性中心定向能力都具有显著的影响. 密度泛函理论(DFT)模拟计算表明, 随着ED的空间位阻和电子密度增加, ED在MgCl₂表面的吸附能降低, 吸附稳定性降低; ED的空间位阻和电子密度增加有利于提高丙烯聚合活性中心的定向能力, 当n(D4)/n(Ti)=20时, 合成的聚丙烯(PP)中的等规聚丙烯(iPP)组分含量达到92.8%. 当n(ED)/n(Ti)=15时, 丙烯聚合的聚合速率常数达到最大值; 具有更大空间位阻和电子密度的ED使得丙烯-丁烯序贯聚合的活性中心具有更强的定向能力, ED对丁烯(二段)聚合活性及聚丙烯/聚丁烯合金（PBA）中等规聚丁烯(iPB)组分的熔点影响更显著.     

TiCl_4/MgCl_2负载型烯烃聚合催化剂活性中心性质的研究

用乙酰氯淬灭法测定了TiCl_4/MgCl_2-AlR_3催化1-辛烯聚合体系的活性中心数,确定了不同助催化剂、外加给电子体等条件下聚合速率、活性中心数、增长速率常数等随聚合时间的变化。结合对产物分子量分布的分峰拟合研究,确定了催化剂上存在多种活性中心及其聚合特性的差别,并发现有机给电子体对某些活性中心有选择性作用,使其失活或改变性质。     

给电子体在丙烯聚合MgCl_2载体催化剂体系中的作用

研究了不同给电子体分别作为内给电子体(D_(in))和外给电子体(D_(ex))对MgCl_2载体催化剂体系活性和定向性能的影响。还讨论了D_(in)和D_(ex)的搭配作用。烷氧基硅烷、苯甲酸乙酯(EB)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)和2,2,6,6-四甲基哌啶(TMP)用作Dex,可以明显改善聚丙烯的等规度,而同时使催化活性大大降低。EB、DIBP和TMP用作D_(in)的效果则各不相同。烷氧基硅烷等D_(ex)提高等规度的作用是由于它们选择性地使无规活性中心失活大大高于等规活性中心。适当的D_(in)和D_(ex)搭配,可以获得兼具高活性和高定向性能的催化剂体系。     

新型非对称二醚给电子体丙烯聚合催化剂研究

1,3－丙二醚类化合物为给电子体合成的新一类复相Ziegler－Natta催化剂（Z-N催化剂）,其用于丙烯聚合时,在无需外加给电子体的情况下,可得到高活性的催化剂和高等规度的聚丙烯,催化剂的活性是以邻苯二甲酸二丁酯为内给电子体合成的Z-N催化剂的2～3倍,且得到聚丙烯的等规度大于95％[1-4]．由于1,3－丙二醚类化合物与载体的配位作用较强,不易与AlR3反应,因此在丙烯聚合时无需外给电子体,并能降低反应体系的复杂性,有利于研究活性中心结构和聚合机理［5-7]．以往研究均采用对称结构的 1,3－丙二醚类化合物作内给电子体［2-7],其结构如 Scheme 1 所示．本文采用一种新的     

MgBu_2/AlEt_2Cl为助催剂的钛催化剂上丙烯聚合动力学——Ⅰ.烷基金属浓度的影响

烯烃聚合催化剂种类繁多,改变金属离子或配位体能得到性能不同的烯烃聚合催化剂.可供选择的助催化剂主要有烷基铝,烷基氯化铝,铝氧烷和Cp_2MtMe化合物等(Mt=Ti,V,Zr,Hf).有实用价值的助催化剂只有烷基铝或烷基氯化铝.对丙烯聚合非载体钛系催化剂而言,AlEt_2Cl是较好的助催化剂,而对载体型MgCl_2/TiCl_4钛系催化剂,较好的助催化剂则是AlEt_3.如果将MgBu_2与AlEt_2Cl的混合物用     

2,4-戊二醇二苯甲酸酯的质谱研究

在MgCl2为载体的Ziegler-Natta催化剂中必须加入内给电子体化合物,以提高催化剂的定向能力.内给电子体能够避免研磨过程中MgCl2颗粒的重聚集,具有稳定MgCl2初级晶粒、增大比表面积的作用;更重要的是内给电子体还易于吸附在MgCl2的(110)面上,使活性中心TiCl4不易在(110)面上配位,避免无规中心的形成[1-2].因此内给电子体在Z-N催化剂中起着非常重要的作用,其化学结构和在催化剂中的含量对催化剂及聚丙烯的性能影响很大.     

负载型Sn2(OMe)2Cl2/SiO2催化剂的制备、表征与催化合成碳酸二甲酯

采用表面改性法制备了负载型Sn2(OMe)2Cl2/SiO2双核桥联配合物催化剂,用IR,TPD和微量反应技术研究了催化剂的表面结构、化学吸附性能和反应活性.结果表明,双核桥联配合物Sn2(OMe)2Cl2以O(Me)为桥,Cl为配体,并以Sn-O-Si形式键合到SiO2表面上;CO2与催化剂表面的金属离子Sn4+和桥基配体OMe的O2-形成桥式和甲氧碳酸酯基两种吸附态,CH3OH与催化剂表面的金属离子Sn4+仅形成一种分子吸附态;在413K以下,CO2和CH3OH在Sn2(OMe)2Cl2/SiO2催化剂表面上以近100%的选择性生成碳酸二甲酯;CO2在催化剂表面形成的甲氧碳酸酯基吸附态是生成DMC的关键物种,其与在同一活性中心的分子吸附态甲醇的反应决定了催化剂的活性和产物选择性.     

聚丙烯催化剂的给电子体作用机理研究进展

给电子体是MgCl_2负载Ziegler-Natta催化剂的α-烯烃聚合反应中提高立构选择性的关键组分。本文介绍了研究丙烯聚合的负载型催化剂中内、外给电子体作用机理的最新进展,重点介绍和评述了从光谱学、模型催化剂、分子模拟和聚合反应动力学等角度研究给电子体作用机理的典型实例及其成果。该研究领域在近十多年内取得了多方面的重要进展,为完全掌握聚丙烯催化剂的给电子体作用机理奠定了坚实的基础,并将显著促进聚丙烯催化剂的研究和开发。     

Mn-Na_2WO_4/SiO_2催化剂表面活性中心结构的DFT研究

利用密度泛函方法(DFT)研究了Mn-Na2WO4/SiO2催化剂表面的活性中心结构.计算表明,在α-方石英的(111)面上,W能以单个或三个桥氧与载体作用形成稳定的四面体配位结构,Mn则能以单个桥氧与载体配位或形成不同结构的氧化物团簇;以单个桥氧担载的[WO4]四面体是最可能的甲烷活化中心.     

TS-1分子筛Lewis酸性的理论研究

应用密度泛函理论和量子力学与分子力学联合的ONIOM2方法对含Ti的MFI分子筛(TS-1)中Ti4+离子在三种不同骨架落位上所表现的Lewis酸性进行了理论研究. 利用碱性探针分子(CO, NH3, 乙腈和吡啶)在骨架Ti活性中心的吸附作用,对吸附络合物的几何结构和吸附能进行了计算,并通过自然键轨道(NBO)分析考察了吸附络合物的电子结构. 结果表明,骨架Ti在T12位表现出明显的Lewis酸性,对NH3分子有较强的吸附作用. NBO分析表明,骨架Ti活性中心的Lewis酸性是由于 Ti - O 键的空σ反键轨道接受碱性探针分子提供的孤对电子;NH3分子吸附导致Ti4+离子由近正四面体中心对称变为五配位的三角双锥对称.     

用于丙烯聚合的MgCl2负载Ziegler-Natta催化剂研究进展

综述了用于丙烯聚合的MgCl2负载Ziegler-Natta催化剂研究进展,包括内给电子体的发展及其作用研究,催化剂活性中心的模型,用MgCl2负载的Z-N催化剂制备抗冲聚丙烯合金.     

MgCl_2负载TiCl_4催化剂中内给电子体对活性组分钛的影响

应用XPSI、R等表征手段研究了以MgCl2为载体,苯甲酸酯、邻苯二甲酸酯以及1,3-二醚为内给电子体的Ziegler_Natta(Z-N)催化剂中内给电子体对活性组分Ti的作用.实验结果表明,不同内给电子体Z-N催化剂中Ti的氧化状态是不同的,给电子体不与Ti直接发生作用,而是通过MgCl2为媒介向Ti发生电荷转移,造成Ti周围电子云密度增大,Ti的氧化状态降低,表现为Ti的结合能下降.     

CuCl与SiO_2-TiO_2载体相互作用的密度泛函理论研究

以SiO2簇模型为基体,通过Ti原子取代建立Ti中心原子上连接0个或1个OH基团的典型SiO2-TiO2复合氧化物模型来模拟处于体相中和表面上的四配位Ti(IV)中心.采用广义梯度近似的密度泛函理论(DFT-GGA)研究了CuCl与SiO2-TiO2载体的相互作用.计算结果表明,在SiO2基体中嵌入Ti(IV)离子可以大大加强CuCl与氧化物载体之间的相互作用,使CuCl/SiO2-TiO2催化剂的结构更稳定.分子前线轨道表明Cu(I)作为催化剂的活性中心贡献了HOMO轨道,容易失去电子;Ti(IV)中心原子贡献LUMO轨道,容易得到电子,计算结果与实验事实相一致.     

分子氧气相环氧化丙烯反应的Ag-Cu-Cl/BaCO_3催化剂:Cu和Cl负载量的影响（英文）

环氧丙烷(PO)是一种重要的有机化工中间体,可以用来生产聚氨酯、丙二醇和表面活性剂等化工产品,具有很高的工业应用价值.然而,目前PO的生产工艺仍然存在着环境污染、副产物、原料经济性等不足之处.考虑到环保、技术、资金等关键性问题,丙烯气相环氧化工艺是PO生产工艺未来的发展方向,利用分子氧作为氧化剂的丙烯气相环氧化反应是最理想、原子经济性最高的反应,也是当今催化界最具挑战性的课题之一.研究报道Ag基催化剂和Cu基催化剂催化丙烯气相环氧化反应可得到较好的催化性能.尽管Ag催化剂催化乙烯氧化制环氧乙烷反应已成功实现工业化,但是Ag催化剂催化丙烯环氧化反应得到的PO选择性低于10%,这是由于丙烯比乙烯多出的甲基中的α-H受双键影响变得非常活泼,C-H键易断裂,导致丙烯容易发生完全氧化反应生成CO_2.因此,研究报道采用不同助剂对Ag催化剂进行改性以提高Ag基催化剂的催化性能.我们在前期研究中制备了Ag-CuCl_2/BaCO_3催化剂,当CuCl_2的负载量为0.036 wt%Cu和0.040 wt%Cl时,催化剂具有最优的催化性能,可以得到1.3%的丙烯转化率和71.2%的PO选择性.适量CuCl_2的改性使得催化剂表面吸附分子氧物种,同时抑制原子氧物种的形成,从而提高PO选择性.但是CuCl_2作为前驱体有一个不足之处,就是引入的Cu和Cl的比例是恒定的,不可调节.因此,我们以Cu(NO_3)_2和NH4Cl作为Cu和Cl的前驱体,采用还原-沉积-等体积浸渍法制备Ag-Cu-Cl/BaCO_3催化剂,分别通过调节Cu和Cl的负载量来进一步提高Ag-Cu-Cl/BaCO_3催化剂的催化性能,采用粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等表征手段来研究催化剂中Cu和Cl的作用.研究发现,Cl负载量的提高更容易导致大尺寸Ag颗粒的形成,而Cu负载量的提高对Ag颗粒尺寸影响不大.适当的Cl负载量可抑制氧气在催化剂表面解离吸附形成原子氧物种,从而抑制了丙烯的完全氧化,提高PO选择性.过高的Cl负载量会导致催化剂发生Cl中毒,从而降低了催化性能.适当的Cu负载量有利于丙烯气相环氧化反应生成PO,但当Cu负载量过高时容易导致Cu物种发生聚集,更多原子氧物种吸附于Ag颗粒表面,有利于丙烯完全氧化反应生成CO_2,降低了PO选择性.适当的Cu和Cl负载量使得催化剂表面吸附的分子氧物种和原子氧物种达到平衡,有利于丙烯气相环氧化反应.当Cu和Cl负载量分别为0.036 wt%和0.060 wt%时,Ag-Cu-Cl/BaCO_3催化剂具有最优的催化性能,在200 ℃,0.1MPa,3000 h~(-1)反应条件下可得到1.2%的丙烯转化率和83.7%的PO选择性.     

醚类给电子体对Cr/PNP乙烯选择性齐聚体系催化反应性能的影响

采用实验和DFT计算相结合的方法,研究了4种醚类给电子体对Cr/PNP乙烯齐聚催化体系的影响.实验结果表明,C₆+C₈选择性和聚乙烯的选择性受给电子体种类影响各异.DFT计算表明,添加乙醚、甲缩醛、二噁烷和乙二醇二甲醚给电子体后,反应的速率决定步骤均从两分子乙烯氧化偶联成金属五元环转移到第四分子乙烯插入铬金属七元环.给电子体乙二醇二甲醚和甲缩醛的两个氧原子与铬中心在反应过程中发生单/双配位交替变化,其环状结构的大小和稳定性影响乙烯分子插入难易程度,从而影响反应选择性和活性.醚类给电子体对乙烯齐聚反应的影响是电子效应和位阻效应的协同作用,但位阻效应更加明显.另外,在甲基环己烷和甲苯两种溶剂下,乙烯齐聚体系能垒差小于1.5 kJ·mol^-1,在本体系中可以忽略甲基铝氧烷（MAO）中微量甲苯对反应性能的影响.     

分子氧气相环氧化丙烯反应的Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂:Cu和Cl负载量的影响

环氧丙烷(PO)是一种重要的有机化工中间体,可以用来生产聚氨酯、丙二醇和表面活性剂等化工产品,具有很高的工业应用价值.然而,目前PO的生产工艺仍然存在着环境污染、副产物、原料经济性等不足之处.考虑到环保、技术、资金等关键性问题,丙烯气相环氧化工艺是PO生产工艺未来的发展方向,利用分子氧作为氧化剂的丙烯气相环氧化反应是最理想、原子经济性最高的反应,也是当今催化界最具挑战性的课题之一.研究报道Ag基催化剂和Cu基催化剂催化丙烯气相环氧化反应可得到较好的催化性能.尽管Ag催化剂催化乙烯氧化制环氧乙烷反应已成功实现工业化,但是Ag催化剂催化丙烯环氧化反应得到的PO选择性低于10%,这是由于丙烯比乙烯多出的甲基中的α-H受双键影响变得非常活泼,C?H键易断裂,导致丙烯容易发生完全氧化反应生成CO2.因此,研究报道采用不同助剂对Ag催化剂进行改性以提高Ag基催化剂的催化性能.我们在前期研究中制备了Ag-CuCl2/BaCO3催化剂,当CuCl2的负载量为0.036 wt%Cu和0.040 wt%Cl时,催化剂具有最优的催化性能,可以得到1.3%的丙烯转化率和71.2%的PO选择性.适量CuCl2的改性使得催化剂表面吸附分子氧物种,同时抑制原子氧物种的形成,从而提高PO选择性.但是CuCl2作为前驱体有一个不足之处,就是引入的Cu和Cl的比例是恒定的,不可调节.因此,我们以Cu(NO3)2和NH4Cl作为Cu和Cl的前驱体,采用还原-沉积-等体积浸渍法制备Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂,分别通过调节Cu和Cl的负载量来进一步提高Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂的催化性能,采用粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等表征手段来研究催化剂中Cu和Cl的作用.研究发现,Cl负载量的提高更容易导致大尺寸Ag颗粒的形成,而Cu负载量的提高对Ag颗粒尺寸影响不大.适当的Cl负载量可抑制氧气在催化剂表面解离吸附形成原子氧物种,从而抑制了丙烯的完全氧化,提高PO选择性.过高的Cl负载量会导致催化剂发生Cl中毒,从而降低了催化性能.适当的Cu负载量有利于丙烯气相环氧化反应生成PO,但当Cu负载量过高时容易导致Cu物种发生聚集,更多原子氧物种吸附于Ag颗粒表面,有利于丙烯完全氧化反应生成CO2,降低了PO选择性.适当的Cu和Cl负载量使得催化剂表面吸附的分子氧物种和原子氧物种达到平衡,有利于丙烯气相环氧化反应.当Cu和Cl负载量分别为0.036 wt%和0.060 wt%时,Ag-Cu-Cl/BaCO3催化剂具有最优的催化性能,在200℃,0.1 MPa,3000h-1反应条件下可得到1.2%的丙烯转化率和83.7%的PO选择性.     

过渡金属替代的CeO_2(111)表面上NO+CO反应机理的理论研究(英文)

采用DFT+U方法研究了过渡金属替代的CeO2(111)表面上的NO+CO反应机理,以探求不同过渡金属对N2选择性的影响.结果表明,在反应过程中,反应活性中心由过渡金属单原子与其最近邻的氧空位组成.NO在过渡金属-氧空位上发生N–O断键,不同过渡金属上该还原步骤的难易程度不同.计算发现,右过渡金属Rh,Pd和Pt替代的CeO2(111)表面可以与吸附物之间形成较强的吸附作用,进而可以达到较高的N2选择性.其主要原因是右过渡金属具有较多的d电子,可以与吸附小分子之间形成有效的反馈键.而左过渡金属拥有较少的d电子,难以有效抓住吸附物,最终导致较低的N2选择性.