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相似文献
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1.
多相催化对于现代社会来说具有极其重要的意义,催化剂的理性设计/筛选是现代催化化学研究者的一个重要的目标.其中,火山型曲线是一个的重要工具.它指出对于一个催化反应来说,其催化活性针对关键物种吸附能来说呈一条先上升后下降的曲线,要求最佳催化剂对中间体的吸附能不能太高也不能太低.近几十年来,密度泛函理论等第一性原理计算方法的发展让许多催化剂表面反应微观物理量的计算成为了可能,这极大地拓展了火山型曲线的应用范围.然而,对于火山型曲线根源的解释,人们却并非了解得十分清楚;一些基本科学概念的理解很多还是基于经验性的Sabatier原理:吸附太弱不利于吸附、太强不利于脱附.针对该问题的科学解析,本文进行了详细的动力学探究,试图以完全数学解析的方式回答催化反应中火山型曲线的必然存在性、产生根源及在催化活性预测中的内涵.本文采用了两步催化模型以及微动力学来进行速率方程的推导,并考虑BEP关系(基元反应的能垒与其反应焓存在线性关系)的应用,最终将整体反应速率转化为中间体吸附能相关的单值函数.基于对该函数的系列推导和分析,得到如下基本结论:(1)从数学上以一个完全的解析形式证明了催化反应中火山型曲线的存在.(2)通过对比催化反应与与之对应的气相反应,我们证明了:若无催化剂参与反应,则火山型曲线不会产生;由于催化剂表面的参与,随着催化剂吸附能力的增强,其表面会因为吸附作用而被占据毒化,导致反应速率存在一个最大值,即形成火山型曲线.从概念上讲,火山型曲线的根源是由吸附过程引发表面活性位占据这一自毒化效应造成的,它的存在可能体现为多相催化的基本属性.(3)数值模拟解析展示了表面反应与气相反应的区别,印证了我们的数学解析结论.同时,通过一定的简化,我们对火山型曲线中各部分的斜率进行了研究.结果发现,对于吸附决速过程,催化反应和气相反应斜率相同,其差别主要出现在脱附决速过程.在此阶段由于吸附能过大,表面被毒化,表面反应速率开始下降;而气相反应的速率依然上升.(4)表面反应速率方程的分解和简化结果表明,最佳催化剂在反应中的空活性位点覆盖度和其BEP关系的斜率存在内在关联关系(θopt=1–α),据此讨论了其在催化剂寻优过程中的意义.尝试解释了(a)合成氨反应中正逆反应所需最佳催化剂不同的现象;*(b)合成氨或CO甲烷化反应最佳催化剂为前过渡金属、而CO/NO氧化等为后过渡金属这一典型催化现象的物理图像.最后,针对火山型曲线理论框架在实际催化剂理论筛选寻优中的应用,我们简要综述了本课题组近年来在光解水制氢Pt基助催化剂和染料敏化太阳能电池的对电极材料设计方面的理论进展.  相似文献   

2.
王春雷  马丁  包信和 《化学进展》2009,21(9):1705-1721
碳纳米材料(包括零维、一维、二维碳纳米材料以及碳纳米孔材料)是一类新型的催化剂或催化剂载体材料,在氧化脱氢、选择加氢、合成氨、氨分解制氢以及燃料电池等多相催化领域具有广阔的应用前景。本文综述了近年来新型碳纳米材料在多相催化领域中的应用研究进展,介绍了这类催化材料的制备方法,重点阐述了碳载体的微/介观结构、掺杂、电子性质、表面性质、限域效应等对所担载的催化活性组分的分散,对反应物的扩散以及对催化反应的活性和选择性等方面的影响。  相似文献   

3.
李锋  宋华  汪淑影 《化学通报》2011,74(3):244-251
采用微乳液法制备纳米粒子具有粒径可控、粒度分布均匀、粒子不易团聚等优点,在一些反应中表现出优良的催化性能.本文介绍了微乳液的概念,阐述了反相微乳体系(W/O)作为纳米反应器的原理以及用于制备固体催化剂的方法.综述了反相微乳液法制备固体催化剂在多相催化领域中的应用,并指出该技术存在的问题和发展趋势.  相似文献   

4.
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6.
马宇春  石峰  邓友全 《化学进展》2003,15(5):385-392
本文综述了金催化剂在选择氧化、选择加氢、不对称醇醛缩合、C-N键生成等多相和均相催化反应中的应用研究,并讨论了各种影响金催化剂催化活性的因素,最后展望了金催化剂的应用前景.  相似文献   

7.
邵玉艳  尹鸽平  高云智 《结构化学》2004,23(11):1316-1324
文本综述了CO在Pt及其它过渡金属上电化学氧化机理的量子化学研究现状。系统论述了密度泛函理论计算在催化剂对CO电氧化的作用机制和CO与金属间吸附、成键及振动频率方面所给出的详细信息, 并指出了量子化学计算结果对于电极催化剂设计的指导意义。最后, 指出了目前量子化学计算的局限性并展望来其未来发展趋势。  相似文献   

8.
本文采用密度泛函理论方法和周期性边界条件,考察了Pt原子与γ-Al2O3(001)表面上六种不同位点的相互作用,获得了最稳定吸附位的Pt/γ-Al2O3模型催化剂,建立了Pt原子负载在γ-Al2O3(001)表面的模型催化剂。同时,考查了乙烷分子在Pt/γ-Al2O3模型催化剂上的吸附行为。结果表明,在Pt/γ-Al2O3模型催化剂上,Pt原子转移了部分电子到载体γ-Al2O3。乙烷以分子态形式吸附在Pt/γ-Al2O3模型催化剂上,靠近Pt原子的C-H键受到一定程度地活化。  相似文献   

9.
密度泛函理论在分子磁学中的应用   总被引:1,自引:0,他引:1  
通过对桥联双核铁的磁耦合常数的计算,探讨了密度泛函理论计算条件对计算 结果的影响。基于密度泛函理论下的破损态方法,着重讨论了双核 Fe(III)_2的 d~5-d~5电子通过氧桥的超交换作用。研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III) d_yz和d_z~2与μ-O的p轨道形成的,具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道。  相似文献   

10.
密度泛函理论在分子磁学中的应用   总被引:1,自引:0,他引:1  
任杰  陈志达 《化学学报》2003,61(10):1537-1542
通过对桥联双核铁的磁耦合常数的计算,探讨了密度泛函理论计算条件对计算 结果的影响。基于密度泛函理论下的破损态方法,着重讨论了双核 Fe(III)_2的 d~5-d~5电子通过氧桥的超交换作用。研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III) d_yz和d_z~2与μ-O的p轨道形成的,具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道。  相似文献   

11.
人们对化学工业可持续性关注的不断提高推动了更加高效催化反应的开发.第一代评估催化剂活性的方法基于其地壳丰度,该方法存在严重不足.本文提出了第二代评估催化剂活性的办法,该方法可以在工业应用之前预测新型催化剂的活性,从而使全球化学工业受益.采用该评估法发现,对于11个有代表性的工业催化过程,催化剂消耗与催化剂元素的年度生产或价格之间存在着关联.基于该关联,我们引入了两个新概念来描述催化剂活性:每年催化剂消耗量与可用量的比值(CCA)和每年消耗催化剂成本与产品价值的比值(CCP).将CCA和CCP评估法用于选定的工业反应,进行实例分析并根据活性将催化剂分类,根据CCA和CCP值即可确定催化剂活性的普遍极限.计算CCA和CCP,并将其与催化剂活性的普遍极限进行比较,可以为研究者提供一个新的框架,用以评估一个新催化剂的成本或物理有效率是否会成为限制因素.我们还将该方法用于计算并预测新型催化剂的可行性生产及产品成本的经济极限.  相似文献   

12.
This paper reviews the use of microemulsions, especially the water-in-oil (w/o) microemulsions, for preparation of nanoparticles that are employed as catalyst components in heterogeneous catalytic reactions. The objective is to show the growing interest of using microemulsions in the preparation of different types of materials such as metals, single metal oxides or mixed metal oxides with a broad range of application in heterogeneous catalysis and also in electrocatalysis. In most cases, the catalytic material showed improved catalytic properties as a result of the special synthesis environment created by the microemulsions. Still, research is needed for a better understanding of such beneficial effects. In addition, this method needs improvements in order to produce, in an environmentally friendly way, a suitable amount of material for use in industrial-scale catalytic processes.  相似文献   

13.
During the last 15 years, the area of well-defined metathesis initiator systems was characterized by almost dramatic improvements in terms of initiator activity, stability, and selectivity. In due consequence, control over polymer properties increased and metathesis-based polymerization techniques (in particular ring-opening metathesis polymerization, ROMP) have been adapted for materials science purposes. Quite recently, metathesis-based supports have entered the fields of heterogeneous catalysis as well as separation and life sciences. In this review, both the synthesis and properties of metathesis-based well-defined catalytic supports and separations systems shall be summarized. Special consideration will be given to the particular structural features that have been made possible using ROMP.  相似文献   

14.
Heterogeneous catalysis is one of the fields of modern technology, in which a characterization of structural and chemical properties of solid surfaces at the microscopic level is of enormous importance. For a long time, such insights have been precluded by the complexity of most catalytically active materials. Recently, substantial progress has been made, however, toward a microscopic-level understanding of complex catalyst surfaces. We discuss the driving factors for these advancements, which are based on the development of new well-defined model systems as well as on advances in experimental technology and theory. Scrutinizing the example of planar model catalysts, we identify the process of linking structural and chemical information to microscopic reaction kinetics as a particular challenging aspect of today’s work. We review the kinetic effects which may have an influence on the reaction kinetics on complex surfaces. As an example how structural and kinetic information can be correlated at the microscopic level we discuss the case of surface oxidation and oxygen induced restructuring of Pd nanoparticles as studied by molecular beam methods.  相似文献   

15.
负载型纳米贵金属催化剂是用于多相催化反应的重要的催化剂之一,也是各国催化科学与技术研发的重点,其工业应用也越来越广泛.理论和实验的研究结果均表明,当载体表面的金属粒子尺寸减小至亚纳米级乃至更小的低配位、不饱和的原子团簇时,它们常常成为诱发催化反应的活性中心,呈现更高的催化活性和选择性.将负载的金属尺寸由纳米量级减小至分散的金属团簇甚至单原子而使每个原子成为反应的活性位点已成为研究的重点.最近,由张涛等首次合成的单原子催化剂(SAC)Pt1/FeOx引起了国内外催化及表面科学工作者的极大关注.单原子催化剂作为连接均相催化剂和多相催化剂的桥梁,不仅具有非均相催化剂的稳定、易于与反应体系分离、易表征等优点,而且具有均相催化剂活性中心结构均一、活性中心原子利用率百分之百等优点.一方面,单原子催化剂给多相催化领域注入了新的活力,另一方面也更有利于运用量子与计算化学的研究方法建立与实验相匹配的理论模型并从原子水平上进一步理解多相催化反应的微观作用机理.实验和理论的研究结果表明,其它单原子催化剂如Ir1/FeOx,Au1/FeOx和Ni1/FeOx催化CO氧化反应表现出不同的活性.然而,底物FeOx中的Fe同样是第VIII族中的3d过渡金属,却在低温下对CO氧化反应没有催化活性.我们围绕这一问题,重点研究了底物FeOx在负载单原子Pt1前后催化CO氧化的反应机理和活性,解释了单原子催化剂Pt1/FeOx相比于底物FeOx为何具有如此高的催化活性的原因.我们采用Vienna Ab-initio Simulation Package(VASP)从头算模拟软件和密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)进行了理论计算.其中,选择PBE泛函描述体系的交换关联相互作用,用投影缀加波(PAW)赝势基组方法描述体系中的电子和离子实之间的相互作用,对Fe原子采用了DFT+U方法进行d电子强相关校正,并使用Dimer计算方法搜寻反应过渡态.研究结果表明,底物FeOx中氧空位的再生伴随第二个CO2分子从催化剂表面脱附的过程需要较高的活化势垒(1.09 eV),这一过程是整个CO氧化反应的决速步.与此相比较,Pt1/FeOx催化剂中,由于Pt原子代替了表面Fe原子,导致电子结构及性质的显著变化,有利于CO的活化、氧化和CO2的脱附.我们从电子能量态密度(DOS)和Bader电荷分析及模型分子团簇的轨道相互作用的角度进一步分析了两种催化剂存在差异的本质;揭示了单原子催化剂Pt1/FeOx中Pt1和底物FeOx之间的相互作用的机理及催化剂表面Pt单原子在催化反应过程中的关键作用.  相似文献   

16.
A sequence which combines a nonracemic tether, a naphthyl diol, and an aminonaphthol has been developed leading to the new ligand cyclo-NOBIN, which can easily be mounted onto polystyrene. Opportunities for extending the route to substituted cyclo-NOBINs are also discussed.  相似文献   

17.
稀土催化材料的应用及研究进展   总被引:5,自引:0,他引:5  
稀土元素具有未充满电子的4f轨道和镧系收缩等特征,当用作催化剂的活性组分或载体时常常表现出独特的催化性能. 稀土催化材料的研究和发展为La和Ce等高丰度轻稀土元素的高质、高效利用提供了有效的途径. 目前稀土催化材料在石油化工、化石燃料的催化燃烧、机动车尾气净化、工业废气治理和固体氧化物燃料电池等领域发挥着重要的作用. 本文综述了稀土催化材料的应用以及理论研究进展,重点讨论了稀土元素对所涉及催化剂的结构、活性和稳定性等的影响.  相似文献   

18.
This DFT study examined the interaction of a sulfated zirconia (SZ) slab model system (heterogeneous catalyst) and triacetin (a precursor in biodiesel production) using explicit methanol solvent molecules. Full geometry optimizations of the systems were performed at the B3LYP level of theory. Gibbs free energies provide insight into the spontaneity of the reactions along a three‐step reaction mechanism for the transesterification of triacetin. Charge decomposition analysis revealed electronic charge transfer between the metallic oxide and the organic moieties involved in the reaction mechanism. Fukui indices indicate the likely locations on the SZ surface where catalysis may occur. The quadratic synchronous transit scheme was used to locate transition structures for each step of the transesterification process. The results are in agreement with the strongly acidic catalytic character of zirconium observed experimentally in the production of biodiesel. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.  相似文献   

19.
《中国化学快报》2020,31(6):1674-1679
Recently,ZnO-based gas sensors have been successfully fabricated and widely studied for their excellent sensitivity and selectivity,especially in CO detection.However,detailed explorations of their mechanisms are rather limited.Herein,aiming at clarifying the sensing mechanism,we carried out density functional theory(DFT) calculations to track down the CO adsorption and oxidation on the ZnO(101 0) and(1120) surfaces.The calculated results show that the lattice O of ZnO(1010) is more reactive than that of ZnO(1120) for CO oxidation.From the calculated energetics and structures,the main reaction product on both surfaces can be determined to be CO_2 rather than carbonate.Moreover,the surface conductivity changes during the adsorption and reaction processes of CO were also studied.For both ZnO(1010) and(1120),the conductivity would increase upon CO adsorption and decrease following CO oxidation,in consistence with the reported experimental results.This work can help understand the origins of ZnO-based sensors' performances and the development of novel gas sensors with higher sensitivity and selectivity.  相似文献   

20.
杨漂萍  李璐璐  赵志坚  巩金龙 《催化学报》2021,42(5):817-823,中插24-中插28
以可再生能源为能量来源,在水溶液中进行的光(电)催化CO2还原生成高附加值化学品和燃料是解决能源危机与环境污染的有效途径之一.CO是一种简单却很重要的CO2还原产物,它可以作为水煤气变换反应与费托合成的重要原料.具有较高CO选择性的贵金属纳米颗粒催化剂(如Au和Pd)一直受到研究者的广泛关注.一般来说,金属颗粒催化剂的...  相似文献   

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