金属表面几种分子解离与环化机制的第一性原理计算研究

发布时间：2024-02-21 15:43

　　近年来,表面和界面优异的催化特性引起了人们广泛的关注。理解表面和界面催化反应的机制,对设计新型催化剂和优化现有催化剂的性能至关重要。本人使用基于密度泛函理论(Density Function Theory,DFT)的第一性原理计算方法,研究了金属表面/界面氢气解离和卟啉类分子内环化的反应机制,设计了基于金属和低维纳米材料表面的催化剂模型,并提出对其催化性质进行调制的策略。一、设计了一种氢气分子解离的理论模型—量子“胡桃夹子”。组成量子“胡桃夹子”的两个“钳子”分别是过渡金属酞菁分子(Transition-metal phthalocyanine,TMPc)和金属衬底(如Cu(111)或Au(111)),它们分别都不具有氢气解离催化活性。DFT计算表明,当一个氢气分子进入两个“钳子”之间的通道时,通过机械挤压和量子相互作用,使得氢气分子分裂成两个氢原子。理论计算发现,Au基底与TMPc分子的组合具有较低的反应势垒,在室温下就有很好的催化解离氢气的活性,而Cu基底与TMPc分子虽然其催化解离氢气的温度会有些微升高,但更加廉价。超高真空中在Au(111)和酞菁锰分子的组合体系中通入氢气,观察...

【文章页数】：96 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.12012-2018年全球炼油，合成，聚合物和环境催化剂市场增长情况(2)

纳米技术的出现推动了催化工艺的发展。低维纳米催化剂界面的新奇性质，给催化领域带来了新的可能。界中，催化是一种普遍存在的重要现象，催化作用几乎遍及化。在古代文明发展的历史中，早已存在许多有关催化现象的记提出，始于1836年，瑞典化学家Berzelius首次采用了“催化为催化....

图1.2良好性能的催化剂需要满足的条件：催化活性，催化选择性，催化剂的寿命，以及需要

需要通过裂解石油以获得短链不饱和烃为主要成分的工业原产品加工以得到高性能的化工产品，在这些催化裂解，催化重化加氢和催化氧化过程中，催化剂都扮演着核心的角色(4)。在域，例如聚烯烃的合成工业中，催化剂控制烯烃定向聚合，得、密度高、结晶度高的合成树脂，广泛用于农业，机械，电等方面(....

图1.3纳米催化在化学工业中的优势(15)

在化学工业中的优势(15)。尤其是在环境和能源等领域，纳米要的潜在应用。化相比，因为新奇的纳米效应，纳米催化不仅在催化催化剂和反应物相对更加安全，经济效益更高，对环。随着可确定表面精细结构的高端仪器在催化科学研催化机制的深入认识，用表面物理的理论解释催化反的认同。而随着能“在原子....

图1.5有机分子在过渡金属表面形成低维链状或网状结构(18)

图1.5有机分子在过渡金属表面形成低维链状或网状结构(18)无论是纳米团簇催化剂，或是新奇的单原子催化剂，其催化活性与催化微观结构密不可分(28,29)。催化剂的微观结构，根据电子态的不同，强化剂的活性，因此，搜寻具有特殊的表面微观结构的催化剂，是纳米催个非常重要的课题。

本文编号：3905631