將CH₄和CO₂直接轉化合成增值產品不僅能帶來經濟效益,而且有助于改善環(huán)境,但這類反應在實際應用具有挑戰(zhàn)性,因為通過動力學控制降低反應物的高活性勢壘需要合理設計高效的催化劑。在本研究中,采用基于密度泛函理論（DFT）計算的方法,對CH₄與CO₂同時轉化制備乙酸的過渡金屬摻雜ZnO催化劑（M/ZnO,M=Fe、Co、Ni、Cu、Pd）進行了系統(tǒng)的機理研究。研究發(fā)現(xiàn),Fe和Co摻雜的ZnO表面對CH₄的活化/離解具有較高的活性,解離能壘小于0.4 eV。C-C耦合通過Langmuir-Hinshelwood機理發(fā)生,活化的CO₂插入到M-CH₃*基團的σ-bond鍵形成乙酸鹽物種。解離的H*的位置和穩(wěn)定性對C-C耦合動力學具有明顯影響。因此,在Fe/ZnO上進行C-C耦合之前,H遷移是必要的,能夠降低反應能壘。Fe和Co摻雜ZnO上C-C耦合能壘比摻雜Ni、Cu和Pd的能壘要低。在M/ZnO表面上,H*從金屬位點向表面O位點的遷移可以促進乙...

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 研究進展
        1.2.1 CO_2研究進展
        1.2.2 CH_4研究進展
        1.2.3 CO_2和CH_4制備乙酸的催化劑的研究
        1.2.4 CO_2和CH_4制備乙酸的理論研究
    1.3 研究目的與內容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究內容
2 計算軟件與方法
3 ZnO(10(?)0)表面上CH_4與CO_2 制乙酸的機理
    3.1 引言
    3.2 計算模型及公式
        3.2.1 計算模型
        3.2.2 計算公式
    3.3 結果與討論
        3.3.1 CH_4的吸附與解離
        3.3.2 CO_2的吸附與C-C耦合
        3.3.3 乙酸的形成
    3.4 本章小結
4 過渡金屬改性ZnO(10(?)0)表面上CH_4與CO_2 制乙酸的機理
    4.1 引言
    4.2 計算模型及方法
        4.2.1 計算模型
        4.2.2 計算方法
    4.3 結果與討論
        4.3.1 CH_4的吸附與解離
        4.3.2 CO_2的吸附以及與CH3*耦合
        4.3.3 乙酸的形成
        4.3.4 過渡金屬改性組分的影響
    4.4 本章小結
5 副產物的研究與實驗表征
    5.1 引言
    5.2 計算方法與實驗方法
        5.2.1 計算方法
        5.2.2 實驗表征
    5.3 結果與討論
        5.3.1 甲酸生成路徑研究
        5.3.2 CH_3~*物種的解離
        5.3.3 DRIFTS實驗
        5.3.4 計算方法的影響
        5.3.5 吉布斯自由能
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
附錄A
附錄B
攻讀碩士期間成果成果
致謝



本文編號：4006419