Adsorption,Dissociation and Selective Oxidation of Glyoxal over Pd_4 Cluster

采用第一性原理密度泛函理论,我们研究了乙二醛在具有四面体结构的Pd4团簇上吸附、解离以及氧化反应历程.研究表明：乙二醛中C-H键是最容易断裂的,断裂后形成的HCOOC基团分别和O或OH反应形成乙醛酸,也就是说乙二醛经过脱氢,选择氧化形成产物乙醛酸.在整个反应过程中,所需要的能垒均小于11.53 Kcal/mol.我们的研究不仅有助于理解乙二醛氧化的反应机理,而且对于今后设计更好的乙二醛选择氧化催化剂有一定的帮助作用.     

第一性原理模拟氢气分子在氧化硅团簇上的吸附

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似(GGA)分析了H2分子吸附在氧化硅团簇上的几何结构、电子性质以及吸附能.结果发现:H2分子与Si3O4团簇相互作用时,H2分子被分解,游离的H原子优先吸附在末端Si原子上,表明Si3O4团簇体系对氢气的存储主要依赖于末端存在悬挂键的Si原子,接着H2分子才以分子的形式以较小吸附能吸附在Si3O4H4团簇上.氢气分子主要引起与其邻近的原子电荷的重新分布.该团簇体系的红外、拉曼光谱图有效地鉴定了H2分子的吸附状态,为理论上确定团簇的稳定结构和实验上对观测结果的分析提供有力的途径.     

团簇CrPS4催化性质研究

为了探究团簇CrPS₄的催化反应活性,研究其在催化方面的潜能,本文根据拓扑学原理,利用密度泛函理论,采用B3LYP泛函和def2-tzvp基组,分析了该团簇16种稳定构型的贡献率、费米能级、能隙差、态密度等方面的数据,得出以下结论：在这16种构型中,构型5^（2）的能隙差最小,电子最容易发生跃迁。构型5^（2）和构型4^（2）的催化反应活性较强,值得深入研究。团簇CrPS₄失电子能力要略强于得电子能力,S对HOMO-LUMO轨道的贡献率最大,分别为66.98%和63.93%,Cr、P原子次之,S为此团簇潜在的反应活性位点。本文丰富了团簇CrPS₄在催化方面的研究内容,为以后的应用提供了理论基础。     

丙酮团簇的多光子电离解离与结构计算

用355nm激光多光子电离解离飞行时间质谱观测到在超声分子束中形成的最多为12个分子的团簇离子及其碎片.用密度泛函方法对n=2～5的丙酮团簇结构进行计算,给出了优化构型及其基态能量.结果表明,两个丙酮分子组成团簇时稳定结构为近似垂直构型.3～5个丙酮分子组成团簇时以环状结构最稳定.     

CO在Pd平板与Pd38团簇表面上的催化氧化机理研究

采用密度泛函理论(DFT)计算模拟Pd平板和Pd_(38)团簇上的CO催化氧化过程,分析了CO在Pd催化剂表面上的氧化反应机理。结果表明,在Pd_(38)团簇模型上CO催化氧化的决速步骤是O_2的解离,反应能垒为0.65 eV,而在Pd平板模型上的决速步骤是CO的氧化,其反应能垒为0.87 eV。对比决速步骤的活化能发现,CO在Pd_(38)团簇上的氧化反应更易进行,说明CO氧化更易在小颗粒催化剂表面上进行,即Pd催化剂的活性与活性组分颗粒大小相关,活性组分颗粒越小,暴露的活性位点越多,其催化活性也越高。     

团簇Fe4P异构化反应的理论研究

采用B3LYP泛函以及程序内置的LANL2DZ基组并结合拓扑学原理,运用Gaussian 09程序对团簇Fe4 P的16种初始构型进行优化,得到8种优化构型.依据过渡态理论,从化学热力学和动力学方面对团簇Fe4 P的异构化反应进行研究,结果表明:二重态构型的稳定性最大且自旋多重度会影响团簇Fe4 P异构化转化的反应程度...     

正二十面体Au13和Pt13团簇上肉桂醛的吸附

运用广义梯度近似(GGA)密度泛函理论的Perdew-Burke-Ernzerh (PBE)方法, 研究了肉桂醛在正二十面体Au₁₃和Pt₁₃团簇上的吸附行为. 通过分析不同吸附模式的吸附能和几何构型发现: 同一金属团簇, 顺式肉桂醛的吸附能强于反式肉桂醛的吸附能. 对于Au₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝C和C＝O共吸附模型; 对于Pt₁₃团簇, 肉桂醛的稳定吸附构型为C＝O吸附. 比较二者发现, 肉桂醛在Pt₁₃团簇的吸附能力强于Au₁₃团簇.分析Au₁₃和Pt₁₃团簇上肉桂醛最稳定吸附构型的电子结构表明, 电子由肉桂醛原子的2s、2p轨道向金属表面转移, 同时金属部分电子反馈到肉桂醛的反键轨道, 最终肉桂醛稳定吸附于金属团簇. 此外, 肉桂醛在团簇模型上的吸附能大于其在平板模型上的吸附能.     

团簇Ni4P催化析氢性能研究

为探究团簇Ni₄P催化析氢最强的结构,基于密度泛函理论,在B3LYP/Lan12dz水平下,对团簇Ni₄P的初始构型进行计算和优化,得到5种优化构型。从热力学稳定性、前线轨道图和前线轨道能级差对团簇Ni₄P的析氢性能分析发现,构型1^（4）和1^（2）的热力学稳定性较强;团簇Ni₄P各优化构型均易吸附水中的氢原子,Ni原子为团簇Ni₄P催化活性位点,且构型1^（4）、1^（2）和2^（4）催化析氢的活性更强。(1^（2）)-H、(2^（2）)-H在电化学脱附法和化学重组法中均具有较强的催化活性。以上说明构型1^（2）是团簇Ni₄P催化析氢最强的结构。     

Cux (x=1-4)团簇在CeO2(111)表面的吸附

用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Cu团簇(Cu_x, x=1-4)在CeO₂(111)表面的吸附. 研究发现当团簇比较小时(x=2, 3), 倾向于平铺表面; 当x=4时, Cu团簇在CeO₂(111)表面以三维的四面体结构吸附较为稳定, 从Cu 3d到Ce 4f的电荷转移使Cu团簇带正电荷. 由二维的菱形结构到三维的四面体结构的转变势垒为1.05 eV, 并且其中一个Cu原子直接迁移到另外三个Cu原子的空位顶部的转变路径比较有利. 在Cu团簇与CeO₂的相互作用过程中, Cu-O和Cu-Cu相互作用的竞争最终决定了Cu团簇在CeO₂上的形貌. 这种CeO₂(111)负载的带正电的三维Cu团簇将对水分解, 进而对水煤气反应具有高的催化活性.     

从头算分子动力学模拟Pd团簇负载UiO-66材料结构及稳定性

采用从头算分子动力学模拟与密度泛函理论相结合的方法,计算模拟了不同尺寸的Pdn(n=1~32)金属团簇在UiO-66孔道中的稳定构型,并对金属团簇与材料骨架之间的作用方式、结合能及骨架形变能等进行了讨论.采用Bader电荷分析方法对该体系的电荷转移情况进行了计算分析.结果表明,Pdn团簇稳定负载于UiO-66材料的四面体笼中,且均呈堆积型构型.当Pd原子个数为28时体系的热力学稳定性最好,这与金属团簇和有机配体的成键方式相关,是金属团簇内部结合能和骨架形变能综合作用的结果.     

紫外吸光光度法同时测定乙醛酸和乙二醛

利用醛基与羟胺在酸性条件下的加成反应产物乙醛酸肟和乙二醛二肟的不同紫外吸收峰,用双波长法同时测定溶液中的乙醛酸和乙二醛。结果表明,乙醛酸在 0.03~0.156 g·L-1范围内符合比耳定律,其回归方程为 y=0.109 4x-0.003 7,r=0.999 9(n=5),乙二醛在 0.1~0.5 g·L-1范围内符合比耳定律,其回归方程为y=0.223 11x-0.023 5,r=1.000 0(n=5)。乙醛酸和乙二醛质量比大于1,乙醛酸的回收率为 96.2%~101.5%,乙二醛的回收率为 101.6%~106 8%。方法操作简便、经济、精密度较好。     

乙二醛在Ti/纳米TiO2-Pt修饰电极上的电催化氧化

采用溶胶-凝胶和电沉积法制备Ti基纳米TiO2-Pt(Ti/纳米TiO2-Pt)修饰电极. X射线衍射(XRD)表明纳米TiO2为锐钛矿型, 扫描电镜(SEM)显示Pt纳米粒子在纳米TiO2多孔膜的表面呈现簇分散状态, 平均粒径约25 nm. 通过循环伏安(CV)和计时电流法研究了Ti/纳米TiO2-Pt修饰电极对乙二醛直接电氧化的电催化活性, 结果表明, 修饰电极对乙二醛的直接电氧化呈现良好的催化活性, 在0.60和1.23 V(vs SCE)出现两个氧化峰, 二者电流密度分别为16 和42 mA·cm-2, 约为纯Pt电极的2倍和1.5倍, 反应过程受浓差扩散控制.     

Solid Phase Extraction and High Performance Liquid Chromatography for Determination of Glyoxylic Acid in a Selective Oxidation Reaction

Currently, the development of a new method for the analysis of glyoxylic acid in selective oxidation of glyoxal system has become a key subject in its new industrial process development. Since solid phase extraction (SPE) could isolate and concentrate desired analytes from complex matrices, in this paper we tested the possibility of coupling SPE technique with HPLC for simultaneous determination of glyoxylic acid, formic acid, and oxalic acid in this complex chemical reaction system. Results demonstrated that the developed method could be successfully applied to this system, after samples were passed through SAX cartridges and yielded recoveries from 96.7% to 103%. The limits of detection were 2.6 × 10^?6, 3.6 × 10^?6, and 3.5 × 10^?7 mol L^?1, respectively; and their linear ranges between 1 × 10^?6 and 1 × 10^?2 mol L^?1.     

多波长线性回归-矩阵法同时测定乙二醛、乙醛酸、草酸的含量

根据实验得出的乙二醛、乙醛酸、草酸三组分混合物中各组分在特定波长下呈现出的良好的线性关系,建立起三组分质量浓度与混合吸光度的回归方程组,形成了多波长线性回归-矩阵法,实现了乙二醛氧化制备乙醛酸体系中反应产物乙二醛、乙醛酸、草酸含量的同时测定.研究结果表明:当乙二醛检测下限为1.024 mg/L时,回收率为94%~98%...     

Pd8簇催化氢化乙炔的反应机理

采用密度泛函理论(DFT)中的B3PW91方法研究了过渡金属Pd₈簇催化氢化乙炔的反应机理. 研究表明: H₂进入Pd₈簇后解离成H原子, 并且只有当H原子吸附在Pd₈簇表面上时, 催化氢化反应才能发生. 过渡金属Pd₈簇催化氢化乙炔的反应机理的研究证实该催化反应从两种反应物出发经过两条不同的反应途径完成催化氢化反应, 两种反应物分别为吸附在Pd₈簇上的乙炔(Pd₈(2H)－CH＝CH)和其同分异构体亚乙烯基吸附物(Pd₈(2H)－C＝CH₂). 两条途径均为多步连续的加氢反应, 不同之处在于从Pd₈(2H)－CH＝CH出发的为单一路径, 解离后的H原子分步依次加成到吸附在Pd₈簇上的乙炔中的C原子上, 直到反应完成生成乙烷. 而从Pd₈(2H)－C＝CH₂出发的路径较为复杂, 分别经过两个不同的过渡态和中间体生成次乙基中间体, 该过程相对应的反应位垒相差约12.552 kJ·mol^-1, 说明这两个过渡态同时存在, 无先后次序. 然后继续加成H原子直到生成乙烷完成反应. 同时, 两条路径分别形成一系列具有应用价值的C₂有机化合物中间体, 其中一些中间体通过分子内质子转移相互转化, 使得原本独立的两条反应路径联系在一起, 成为网状路径.     

苯乙烯在Ag(111)和Ag(110)表面环氧化反应结构敏感性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对苯乙烯在Ag(110)表面和Ag(111)表面的环氧化反应进行了计算研究. 经计算, 在Ag(110)表面预吸附氧原子更易吸附在3 重穴位(3h), 吸附能为-3.59 eV; 在Ag(111)表面预吸附氧原子的最稳定吸附位是fcc 位, 吸附能为-3.69 eV. 苯乙烯的环氧化反应过程首先经过一个金属中间体, 然后再进一步反应变为产物, 其中经过直链中间体较支链中间体更加有利. Ag(110)面的反应活化能一般大于Ag(111)面的, 并且微观动力学模拟结果表明, Ag(111)表面生成环氧苯乙烷的选择性要明显高于Ag(110)表面(0.38 与 0.003), 原因是Ag(111)面环氧化反应活化能小于苯乙醛及燃烧中间体的活化能, 而在Ag(110)上正相反.