噻吩在γ-Mo2N(100)表面上加氢脱硫反应的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了γ-Mo₂N(100)表面上的噻吩加氢脱硫(HDS)过程. 噻吩在γ-Mo₂N(100)表面上不同作用形式的结构优化结果显示, η5-Mo₂N吸附构型最稳定, 具有最大的吸附能(-0.56 eV), 此时噻吩通过S原子与Mo2原子相连平行表面吸附在四重空位(hcp 位). H原子和噻吩在hcp位发生稳定共吸附, hcp位是噻吩HDS的活性位点. 噻吩在γ-Mo₂N(100)表面进行直接脱硫反应, HDS过程分为S原子脱除和C₄产物加氢饱和两部分. 过渡态搜索确定了HDS最可能的反应机理及中间产物, 首个H原子的反应需要最大的活化能(1.69 eV),是噻吩加氢脱硫的控速步骤. 伴随H原子的不断加入, 噻吩在γ-Mo₂N(100)表面上优先生成―SH和丁二烯, 随后―SH加氢生成H₂S, 丁二烯加氢饱和生成2-丁烯和丁烷. 由于较弱的吸附, H₂S、2-丁烯和丁烷很容易在γ-Mo₂N(100)表面脱附成为产物.     

噻吩在Ni(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法,运用平板模型对噻吩分子在Ni(111)表面的水平吸附进行了结构优化和能量计算.结果表明,hcpA位的吸附最稳定,以bridgeB吸附最不稳定;噻吩吸附在表面上时,S原子向上翘起,4个C原子与边面Ni原子的作用更紧密,表面原子与噻吩的匹配程度决定了吸附的强度和吸附后S—C键的活泼性;噻吩以bridgeA吸附时分子与表面之间的电子给予与反馈最多,分子最活泼,而hcpA位吸附后噻吩分子轨道上电子的能量变稳定,分子并不活泼.     

Au(111)面上噻吩加氢脱硫反应机理的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了噻吩在Au(111)面上的吸附模式, 并探讨了其在Au(111)面上可能的加氢脱硫反应机理, 对不同机理下各个基元反应的过渡态进行了筛选, 得到了各个步骤的能量变化及所需活化能.计算结果表明, 噻吩在Au(111)面上以S端倾斜吸附在Top位时最稳定.直接脱硫机理表明, 其所需活化能较低, 升高温度有利于提高脱硫反应产率, 但脱硫产物较难控制; 间接脱硫机理表明, 脱硫反应最可能按照加氢异构方式进行, 降低温度有利于脱硫反应产率的提高.随着反应的进行, 噻吩环中的C—S键键长逐渐增大, 键能逐渐减小, 有利于C—S键断裂, 具体步骤为:(1) C₄H₄S+H₂α,α-C₄H₆S; (2) α,α-C₄H₆S+H₂C₄H₈S; (3) C₄H₈S+H₂C₄H₁₀+S, 其中S原子的脱去步骤所需活化能最高, 为反应的限速步骤.     

噻吩在Ni(100),Cu(100),Co(100)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论对噻吩分子在Ni(100),Cu(100)和Co(100)表面的吸附构型进行了GGA/PBE水平上的计算,通过比较吸附能及各结构参数,预测了各金属的脱硫活性.结果表明:噻吩在Ni表面发生了作用力较强的化学吸附,噻吩的S—C键有解离趋势;在Cu表面发生的是作用力较弱的物理吸附,噻吩分子构型并未发生较大变化;而噻吩在Co表面的吸附作用最强,噻吩的S—C键已经发生解离,和Co原子之间的距离已经达到甚至短于Co—S键的键长.这说明,金属的吸附脱硫活性为CoNiCu,与实验研究结果一致.此3种金属最稳定的分子吸附位均为hol45位.     

β－Mo2N0．78的合成及其对噻吩加氢脱硫反应的催化性能

 以N2－H2混合气为反应气，与三氧化钼进行多段程序升温反应制得了氮化钼．考察了反应气组成和氮化温度等条件对氮化钼结构组成的影响．结果表明，在n（N2）／n（H2）＝0．25～1，θ＝650～750℃的条件下，生成的氮化钼结构组成为β－Mo2N0．78．其生成机理与γ－Mo2N有类似之处．β－Mo2N0．78催化噻吩加氢脱硫反应的结果表明，β－Mo2N0．78催化剂对该反应有较高的催化活性，在360℃下，其活性比硫化钼催化剂高一倍左右．     

烷基噻吩在MoS2团簇上吸附行为的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论(DFT),采用Mo16S32团簇模型,在PW91/DNP水平上研究了噻吩(TP)及一系列烷基噻吩类硫化物如2-甲基噻吩(2-MT)、3-甲基噻吩(3-MT)、2,3-二甲基噻吩(2,3-DMT)、2,4-二甲基噻吩(2,4-DMT)、2,5-二甲基噻吩(2,5-DMT)及3,4-二甲基噻吩(3,4-DMT)等在加氢脱硫催化剂MoS2上的吸附行为.结果表明,在η1S吸附构型中,Mo16S32团簇对烷基噻吩吸附能力的顺序为2,5-DMT>2,4-DMT≈2,3-DMT>2-MT>3,4-DMT>3-MT>TP.通过键长、Mayer键级、Mulliken电荷分析可知,当噻吩环的2-或5-位不含甲基时,吸附能随硫原子电荷密度的增加而增大;2-或5-位含甲基时,甲基与团簇上相邻的Mo原子发生了弱的相互作用,使吸附能增大;虽然2,5-DMT的2-和5-位均含有甲基,但甲基离团簇上相邻的Mo较远,相互作用较小,吸附能较2,3-DMT和2,4-DMT增加的较少.文中还对各硫化物在MoS2催化剂上的加氢脱硫反应进行了讨论.     

γ-Mo_2N催化剂上的乙炔选择加氢

采用固定床连续流动反应器对γ Mo2 N催化剂上的乙炔加氢反应进行了研究 .在 15 0℃的反应温度下 ,乙炔的转化率为 95 % ,乙烯的选择性达到 80 % ,乙烷和丁烯的选择性分别为 4%和 10 % .反应温度和空速的变化对反应产物的选择性没有明显的影响 .在同样的反应条件下 ,钯催化剂上乙炔加氢反应的主要产物是乙烷 ,产物组成随反应温度和空速的变化而变化 .对γ Mo2 N上的乙炔选择加氢生成乙烯的机制进行了解释 ,认为γ Mo2 N表面上滞留的强吸附的碳氢物种可能有利于乙炔高选择性地生成乙烯 .     

Au/Pd(111)双金属表面催化噻吩加氢脱硫的反应机理

采用密度泛函理论（DFT）计算了Pd（111）表面含有N（N=1-4）个Au原子数目时的表面形成能,选取最优构型进一步研究了噻吩在Au/Pd（111）双金属表面的吸附模式及加氢脱硫反应过程. 结果表明：当Pd（111）表面含有1个Au原子时,其形成能最低. 在Au/Pd（111）双金属表面噻吩初始吸附于Pd-Hcp-30°位时,其构型最稳定. 在各加氢脱硫过程中,反应总体均放出热量. 对于直接脱硫机理,其所需活化能较低,但脱硫产物较难控制;对于间接脱硫机理,反应最有可能按照顺式加氢方式进行,C―S键断裂开环时所需活化能最高,是反应的限速步骤. 此外,与单一Au（111）面及Pd（111）面相比,Au/Pd（111）双金属表面限速步骤的反应能垒最低,表明AuPd双金属催化剂比Au、Pd单金属催化剂更有利于噻吩加氢脱硫反应的进行.     

2-氯噻吩在 Rh(111) 表面吸附的密度泛函理论研究

 采用密度泛函理论探讨了 2-氯噻吩分子在 Rh(111) 表面上吸附行为. 结果表明, 平行的 hol 位及 bridge 位上的吸附最稳定. 吸附后, 2-氯噻吩键长发生明显变化, 分子平面被扭曲, 分子中 C–H(Cl, S) 相对于金属表面倾斜上翘. 垂直吸附模式不如平行吸附模式稳定, 但吸附后噻吩环未发生变形. hol 及 bridge 吸附模式下 2-氯噻吩的芳香性已遭破坏, 噻吩环上的碳原子呈现准 sp3 杂化. 在平行的 hol 位吸附后, 2-氯噻吩环累计得到 0.77 个电子, 而 Rh(111) 表面累计失去 1.19 个电子.     

Au/Pd(111)双金属表面催化噻吩加氢脱硫的反应机理

采用密度泛函理论(DFT)计算了Pd(111)表面含有N(N=1-4)个Au原子数目时的表面形成能,选取最优构型进一步研究了噻吩在Au/Pd(111)双金属表面的吸附模式及加氢脱硫反应过程.结果表明:当Pd(111)表面含有1个Au原子时,其形成能最低.在Au/Pd(111)双金属表面噻吩初始吸附于Pd-Hcp-30°位时,其构型最稳定.在各加氢脱硫过程中,反应总体均放出热量.对于直接脱硫机理,其所需活化能较低,但脱硫产物较难控制;对于间接脱硫机理,反应最有可能按照顺式加氢方式进行,C―S键断裂开环时所需活化能最高,是反应的限速步骤.此外,与单一Au(111)面及Pd(111)面相比,Au/Pd(111)双金属表面限速步骤的反应能垒最低,表明AuPd双金属催化剂比Au、Pd单金属催化剂更有利于噻吩加氢脱硫反应的进行.     

钴掺杂对碳化钼催化噻吩加氢脱硫性能的影响

以MoO3和CoMo混合氧化物为前驱体, 制备了碳化钼和碳化钼-钴催化剂, 采用XRD, BET, SEM和XPS等技术对其进行了表征, 研究了Co掺杂对碳化钼催化剂噻吩加氢脱硫性能的影响. 结果表明, 掺入适量的Co后制得的CoMo双金属混合氧化物为MoO3和CoMoO4的两相混合体, 经CH4/H2气氛程序升温还原碳化反应生成共生共存的Co-Mo2C, Co以金属细颗粒的形态均匀地分散在生成的Mo2C组分之间. 在共生过程中含Co物种的掺入可降低制备碳化钼所需要的还原碳化温度, 使制备的碳化钼颗粒变小, 比表面积增大, 表面Mo2+含量增多, 从而对碳化钼的噻吩加氢脱硫活性有较好的促进作用, Co的添加量以Co/Mo摩尔比为0.2左右较为适宜. 用化学共沉淀法制得的Co-Mo2C共生共存体系的噻吩加氢脱硫反应活性, 好于由金属Co与Mo2C机械混合法制得的Co+Mo2C二相共存体系. 这表明当两个活性相共存时, 只有经过相互共生过程才能发挥其最佳的协同效应.     

乙烯自由基与臭氧反应的DFT计算研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G**水平计算研究了O3氧化乙烯基（C2H3）的机理,全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型,用内禀反应坐标（IRC）计算和频率分析方法,对过渡态进行了验证.结果表明，乙烯基（C2H3）与O3之间有很强的反应活性.     

甲醛在CeO2(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论和周期平板模型, 研究了甲醛在以桥氧为端面的CeO2(111)稳定表面上的吸附行为. 通过对不同覆盖度, 不同吸附位的甲醛吸附构型、吸附能及电子态密度的分析发现, 甲醛在CeO2(111)表面存在化学吸附与物理吸附两种情况. 化学吸附结构中甲醛的碳、氧原子分别与表面的氧、铈原子发生相互作用, 形成CH2O2物种; 吸附能随着覆盖度的增加而减小. 与自由甲醛分子相比, 物理吸附的甲醛构型变化不大, 其吸附能较小. 利用CNEB(climbing nudged elastic band)方法计算了甲醛在CeO2(111)表面的初步解离反应活化能(约1.71 eV), 远高于甲醛脱附能垒, 这与甲醛在清洁CeO2(111)表面程序升温脱附实验中产物主要为甲醛的结果相一致.     

Ag在MgF2(010)表面吸附的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势法, 对MgF2(010)面及吸附Ag的构型进行了优化, 并计算了MgF2(010)面吸附Ag体系的吸附能、 电子结构和光学性能. 结果表明, MgF2(010)面能隙低于体相, 态密度分裂, 出现表面态. Ag在MgF2(010)面的吸附属于稳定的化学吸附, 最佳吸附位为最外层F的四重穴位. 吸附机理主要表现为Ag的4p轨道与第二层的Mg的2p和3s轨道之间发生相互作用, 有少量电荷从Ag向Mg迁移. 吸附Ag后, 可见光波段的光吸收增加, Ag吸附后将使体系在可见光波段出现吸收峰.     

苯分子在Cu(100)面平板模型上吸附的密度泛函理论研究

使用量子化学中的密度泛函理论和平板周期模型方法，研究了苯在Cu(100)面上的吸附方式和相对稳定性. 计算结果表明，苯在Cu(100)表面的吸附属于较强的化学作用，稳定性穴位优于桥位，顶位吸附最不稳定. 在吸附过程中，C—C键有相对大的伸长，C—H键的键长变化较小，但是偏离苯环平面，并背离固体表面，顶位则是朝向表面. 吸附过程中，发生了电子从苯向铜原子的转移.     

Ta2O5在Si(100)表面原子层沉积反应机理的密度泛函研究

采用密度泛函方法研究了以TaCl5和H2O作为前驱体在硅表面原子层沉积(ALD) Ta2O5的初始反应机理. Ta2O5的原子层沉积过程包括两个连续的“半反应”, 即TaCl5和H2O“半反应”. 两个“半反应”都经历了一个相似的吸附中间体反应路径. 通过H钝化和羟基预处理硅表面反应能量的比较发现, TaCl5在羟基预处理硅的表面反应是热力学和动力学都更加有利的反应. 另外, 从能量上看, H2O的“半反应”不容易向生成产物的方向进行.