Ti-BEA分子筛催化苯乙烯环氧化反应机理的理论计算

应用密度泛函理论研究了Ti-BEA/H_2O_2体系中苯乙烯环氧化反应的机理,考察了5种钛氧活性中间体的结构和催化活性.结果表明:在Ti-η~2(OOH)和Ti-η~2(OOH)-H_2O活性中心上苯乙烯的活化能垒分别为50.36和57.63kJ·mol-1.而Ti-η1(OOH)与Ti-η~2(OOH)-H_2O是同分异构体,前者稳定性更低,并且在催化反应过程中转化为Ti-η~2(OOH)-H_2O结构,得到与之相同的过渡态.Ti-η1(OOH)-H_2O结构最为稳定,但是由于空间结构的障碍使得反应物分子无法靠近.因此Ti-η1(OOH)和Ti-η1(OOH)-H_2O都不可能成为真正的活性中心.     

MoO_2-Mo系热力学性质的气态平衡法研究

本文使用自行设计的热重装置对MoO_2-Mo系中间氧化物热力学稳定性及金属-氧化物平衡作了H_2O/H_2气氛下气态平衡法的研究。在P_(H_2O)/P_(H_2)从0.123到0.507,温度由625至912℃范围内直接测定了反应1/2MoO_2 H_2=1/2Mo H_2O(g)的平衡常数。平衡常数K_p与绝对温度T之间的关系可表达为方程:lgK_p=1.612(2257.7/T)。实验表明,Mo_3O,MoO和Mo_2O_3等中间氧化物在本研究的温度和氧压范围内不能作为热力学稳定相存在。     

Rh-ZSM-5分子筛吸附CO、H_2O和O_2的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)结合簇模型方法研究了小分子CO、H_2O和O_2在Rh交换的ZSM-5分子筛(Rh-ZSM-5)上的吸附.理论计算结果表明:H_2O和O_2或CO可共吸附在Rh~+上形成四配位铑配合物,其中Rh仅与ZSM-5表面的一个桥氧配位;在H_2O和O_2共存时,最稳定的表面吸附物种为Rh(H_2O)_2(O_2),含一个超氧离子;引入具有强配位能力的CO后,最稳定的表面吸附物种为Rh(CO)_2(H_2O),阻碍了O_2的化学吸附.这暗示此前人们认为在CH_4/CO/H_2O/O_2/Rh-ZSM-5混合体系中通过O_2的化学吸附活化甲烷的机理还有待进一步商榷.     

锑烯对O,OH,O2,OOH的吸附特性及氧还原反应的密度泛函理论研究

研究了锑烯对燃料电池阴极氧还原反应中间物O,OH,O_2,OOH的吸附特性,通过对吸附能、吸附距离、键长及能带、态密度、电荷转移的分析,比较了锑烯对各中间物的吸附作用,模拟了氧还原反应过程,给出了各步反应自由能变化的趋势图.结果表明:O,OH,O_2,OOH在锑烯上最稳定吸附位的吸附能分别为3.81,2.43,1.59,1.04 eV;锑烯上的氧还原反应过程存在四电子途径和二电子途径,且自由能逐渐降低,有自发进行的趋势;锑烯与OOH存在较强的相互作用,这对氧还原反应第一步OOH的吸附及第二步O—O键的断开是有利的,对OH适度的吸附作用也不会限制OH与H结合生成H_2O分子进而脱附的过程.以上结果表明,锑烯具有催化燃料电池阴极氧还原反应的潜力,这为实验上进一步探索锑烯作为氧还原反应电催化材料提供了理论参考.     

有机-无机多金属氧酸配合物[(C_(10)H_8N_2H_2)]·[HPMo_(12)O_(40)]·H_2O的合成及晶体结构

合成了一种新型的有机-无机多金属氧酸配合物[(C_(10)H_8N_2H_2)]·[HPMo_(12)O_(40)]·H_2O(1),并用单晶X射线衍射和IR光谱对该配合物的结构进行了表征.研究结果表明,该配合物由1个[HPMo_(12)O_(40)]~(2-)、1个质子化4,4’-联吡啶和1个H_2O分子组成.多金属氧酸阴离子、质子化有机分子及水分子通过氢键作用形成三维网状结构.     

N_2O和CO在Ga/ZSM-5上吸附和反应机理的密度泛函研究

采用3T簇模型来模拟Ga/ZSM-5分子筛的镓离子活性位,用密度泛函理论方法 UB3LYP及UM06-2x在6-31+G*基组水平上,研究N_2O与CO在镓离子交换分子筛Ga/ZSM-5上吸附、催化的反应路径中各驻点的结构和能量学以探讨有关机理.结果表明,当N_2O和CO同时存在于Ga/ZSM-5上时,存在η1-N和η1-C与η1-O模式之间的竞争吸附;若N_2O和CO先后分别吸附在Ga/ZSM-5和Ga O/ZSM-5上则构成催化循环.因循环反应的决速过渡态(N_2O的分解步过渡态)相对于反应的入口通道有太正的Gibbs自由能(+35.5 k J·mol-1),虽然循环总放热为348.1 k J·mol-1,但常温下整个催化循环的TOF仅为23.50 s-1,因此N_2O的催化分解及还原在常温常压下难以发生.计算结果与实验事实一致.     

一种包含二核镍簇和四核镍簇的有机-无机复合的新型砷钨酸盐(enH_2)_3[Ni_2(H_2O)_10][Ni_4(H_2O)_2(α-As~VW_9O_(34))_2]·en·8H_2O

在水热条件下,利用三缺位Keggin多钨氧酸盐前驱体Na_8[α-HAs~VW_9O_(34)]·11H_2O与NiCl_2·6H_2O、乙二胺反应,合成了一种包含二核镍簇和四核镍簇的有机-无机复合的新型砷钨酸盐(enH_2)_3[Ni_2(H_2O)_(10)][Ni_4(H_2O)_2(α-As~VW_9O_(34))_2]·en·8H_2O,并经IR光谱、元素分析、热重分析和X射线单晶衍射等测试手段进行了表征.标题化合物属于三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数:α=1.204 23(19),b=1.258 5(2),c=1.593 8(4) nm,α=97.472(3),β=108.229(3),γ=114.779(2)°,V=1.985 2(7) nm~3,Z=1,D_c=4.589g/cm3,GOOF=1.023,R_1=0.044 3,wR_2=0.113 8.X-射线单晶结构分析表明,标题化合物分子由3个质子化乙二胺阳离子[enH_2]~(2+)、1个二核镍簇阳离子[Ni_2(H_2O)_(10)]~(4+)、1个四核镍簇取代的夹心型多阴离子[Ni_4(H_2O)_2(α -As~VW_9O_(34))_2]~(10-)、1个游离的乙二胺分子和8个结晶水分子组成.     

新型多金属氧酸配合物H_7[AsMo_8V_6O_(42)]·[C_2H_8N_2]·4H_2O的合成、晶体结构及性能研究

通过水热法合成了一种结构新颖的有机-无机多金属氧酸配合物H_7[AsMo_8V_6O_(42)]·[C_2H_8N_2]·4H_2O(简记为配合物1),用IR及X-射线单晶衍射技术对其结构进行了表征,并测试了配合物(1)在苯甲醛氧化制苯甲酸中的催化活性.实验结果表明,配合物(1)的阴离子[AsMo_8V_6O_(42)]~(7-)是一种新型的以As原子为中心的双帽pseudo-Keggin结构多金属氧酸阴离子.配合物(1)在苯甲醛氧化制苯甲酸中具有较高的催化活性,当反应温度为65℃,H_2O_2用量为3.5 mL·m L~(-1)苯甲醛,催化剂用量为30 mg·mL~(-1)苯甲醛,反应历时4 h,苯甲酸的产率最高,可达73.9%.     

N掺杂对TiO_2负载Cu基催化剂甲醛乙炔化性能的影响

以TiO_2及N掺杂的TiO_2为载体、CuCl_2·2H_2O为铜源、NaOH为沉淀剂,采用沉积沉淀法制备了Cu含量(质量分数,下同)为30%的CuO/TiO_2及CuO/N-TiO_2催化剂。结合N_2物理吸附、XRD、XPS、H_2-TPR、CO-IR等表征,研究了N掺杂对TiO_2负载CuO催化剂结构及甲醛乙炔化性能的影响。结果表明,经N掺杂的TiO_2呈现出较多的Ti ~(3+)物种及氧空位,增加了CuO与载体间的相互作用,有利于CuO物种的分散。在炔化反应过程中,CuO原位转变为高分散的Cu~+活性中心,催化剂表现出高的催化活性与使用稳定性。     

二苯并-18-冠-6与AgNO_3加合物的晶体结构

标题化合物(C_(20)H_(24)O_6·AgNO_3·1/2C_4H_9OH·1/2H_2O)的晶体结构已通过X射线衍射确定。属单斜晶系,空间群为C_(2h)~5-P2_1/n,晶胞参数为:a=18.427(4)(?),b=14.079(2)(?),c=18.471(3)(?),β=93.56(3)°,V=4783(2)(?)~3,Z=8。结构通过帕特逊函数和付里叶函数求解,用块矩阵最小二乘修正,最后的偏差因子R=0.065(4908个I/σ(I)≥1.96的独立衍射)。冠醚的六个氧基本共面,并与Ag配位,Ag的第七配位为NO_3~-的O,平均Ag-O_(crown)为2.7(?),Ag-O_(NO_3~-)为2.5(?)。不对称单位中两个冠醚加合物通过一个H_2O和一个C_4H_9OH用氢键联接在一起。     

H_2Ti_2O_5·H_2O纳米管的制备、热分解及其形成机理的研究

通过水热合成法制备了钛纳米管(Titanium Nanotubes,TNTs),采用扫描电子显微镜-能量散射X射线光谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射光谱(XRD)等一系列方法对钛纳米管的微观结构和化学组成进行了研究,并在此基础上对其分子结构和形成机理进行探讨.研究结果表明:在水热反应过程中,OH~-在高温强碱环境下进攻TiO_2,导致部分Ti-O键断裂,Na~+取代部分Ti原子,与O相连,形成一系列钛酸盐;经酸洗,H~+置换了钛酸盐中的Na~+,生成了H_2Ti_2O_5·H_2O;将TNTs置于马弗炉中于600℃灼烧,1 h后,H_2Ti_2O_5·H_2O脱去部分H_2O,质量降低9.92%,并转化为锐钛型TiO_2;灼烧时间延长至48 h,质量降低14.5%,H_2Ti_2O_5·H_2O几乎完全转化为TiO_2,且有部分锐钛型TiO_2转化为金红石型TiO_2.     

Pt/CuCrO催化剂上CO氧化反应及抗H_2O和抗CO_2性能研究

制备了负载型Pt/CuCrO催化剂,并进行了CO氧化及其抗H_2O和抗CO_2的性能研究.结果表明:载体的晶型结构改变了其可还原性和活性氧物种数量,从而影响催化剂的反应活性及抗H_2O和抗CO_2的能力;经400~600℃焙烧的载体为尖晶石型CuCr_2O_4氧化物,具有很好的可还原性和较高的活性氧物种数量,因此催化剂具有良好的CO氧化活性和优异的抗H_2O和抗CO_2的能力;而800℃焙烧的载体为铜铁矿型CuCrO_2氧化物,其CO氧化活性较低,且不具备抗H_2O和抗CO_2能力.     

对乙酰氨基酚-水复合物中氢键作用的理论研究

为了解对乙酰氨基酚(AP)在水溶液中的构象,在MP2/6-311++G(d,p)水平上研究了AP与水分子通过不同种氢键作用形成的6种AP-H2O复合物.首先分析这些复合物的几何结构、能量和振动频率,然后运用分子中原子的量子理论(QTAIM)、自然键轨道理论(NBO)和定域分子轨道-能量分解分析(LMO-EDA)等理论和方法对AP-H_2O复合物中的氢键相互作用进行定性和定量分析.研究结果表明:(1)AP分子中的—CH基团与羰基氧原子之间形成的C8H8A···O2A分子内氢键在多数AP-H_2O复合物中被保留下来;(2)AW1和AW6中的分子间氢键强于其他氢键;(3)AP的羰基氧原子是最有可能与H_2O分子形成氢键的位点,第2个最有可能与H_2O分子形成氢键的位点是AP的酚羟基,前者中H_2O是质子供体,而后者中H_2O则是质子受体;(4)AP-H_2O的形成过程中,氢键作用与结构畸变都会在一定程度上决定AP-H_2O复合物的相对稳定性,但前者的作用更大.     

双媒质(H2O2/O2,VO(acac)2OOH/VO(acac)2)间接电合成环氧丁二酸

用H2O2/O2,VO(acac)2OOH/VO(acac)2作氧化还原媒质电合成环氧丁二酸,研究了pH、电流密度、媒质的初始浓度及温度对电合成环氧丁二酸电流效率的影响,其最佳工艺条件是:电流密度1mA/cm2,pH=7,温度30～50℃,VO(acac)2OOH/VO(acac)2的初始浓度0.5mmol/L.在此条件下平均电流效率为61%.     

O_2在Pd_2@Au/Pd(100)表面上分解机理研究

采用密度泛函理论,在slab模型下,研究了O2分子在Pd2@Au/Pd(100)表面上的吸附与分解.结果表明:O2分子优先吸附于Pd-Pd桥位,O-O键轴平行于表面.O2分子通过其3σg和1πu轨道向表面转移电荷,又通过其1πg轨道接受来自表面的电子,净的结果是每个O原子得到了0.22e.合金表面暴露出来的Pd二聚体团簇为催化分解O2的活性中心.O2分子在Pd2@Au/Pd(100)表面上分解时,首先需要在扩散中断裂O-O键,然后经过一系列O原子的扩散过程,达到稳定的产物结构.     

用光电子能谱研究甲酸在Cu(110)氧化表面的吸附态

甲酸在洁净Cu(110)表面的吸附态为HCO0~-(a);在氧化后呈现(2×1)和c(6×2)LEED花样的表面,甲酸使表面氧O~(2-)(a)加氢成水脱附,然后以HCOO~-(a)形态吸附在表面.在严重氧化的Cu(110)表面有三层以上的Cu_2O,甲酸将最上层的O~(2-)(a)加氢成水脱附,产生Cu(0)-O-Cu(I)活性中心,使甲酸以H_2CO形态吸附在表面上.由此可见在铜锌铝甲醇合成催化剂中,能与Cu(I)-O配位的Cu(0)原子,是使中间物HCOO~-(a)加氢脱水的活性中心.     

H-ZSM-5分子筛Brфnsted酸性位吸附NO_x的DFT研究

基于量子化学的密度泛函理论(DFT),研究了NOx(NO,N2O)分子在H-ZSM-5分子筛Brфnsted酸性位的吸附。计算采用7T簇模型和B3LYP/6-31G(d,p)方法,得到了H-ZSM-5分子筛孔道中不同B酸位的吸附能和红外光谱。结果表明,NO和N2O分子分别以η1-N模式和η1-O模式吸附于H-ZSM-5分子筛的B酸位。处于分子筛孔道中的B酸吸附NO和N2O的能力不同,H-ZSM-5分子筛直孔道处α位酸吸附能力最强,正弦孔道β位酸次之,吸附能力最弱的是孔道交叉处的γ位酸。     

Ca(H_4 C_6 OHCOO)_2·2H_2 O在空气中失水过程热动力学研究

用热分析(TG/DTG)技术研究了固态水杨酸钙(Ca(H_4C_6OHCOO)_2·2H_2O)在空气中的热分解过程.热分析结果表明,Ca(H_4C_6OHCOO)_2·2H_2O在空气中分4步分解.用Friedman法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和ASTM E698法求取了Ca(H_4C_6OHCOO)_2·2H_2O(s)失水过程的活化能E,并通过多元线性回归法给出了可能的机理函数.     

非对称有限电场作用下2-甲基环己酮分子的光谱特性

采用密度泛函及含时密度泛函理论(TD-DFT)的B3P86方法,在6-311++g(2df)基组水平上计算2-甲基环己酮(CH_3—C_6H_9O)分子从基态到第1~第8个激发态的激发能、波长和振子强度,并考察非对称有限电场对CH_3—C_6H_9O分子激发态的影响规律.结果表明:CH_3—C_6H_9O分子的S2,S3,S4,S5,S8等激发态激发能随电场强度的增大呈急剧减小趋势,即外电场作用下CH_3—C_6H_9O分子易于激发和离解.     

μη2:η2［Cu2O2］2+和Bis(μoxo)［Cu2O2］2+的密度泛函理论研究

酪氨酸酶是一种能氧化酪氨酸残基为对苯醌的生物活性酶,其活性部位含有双铜核心并参与氧化还原反应.实验证明这两个铜核心易与氧气结合生成两种异构体μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)和bis(μ-oxo)Cu2O2(Ⅲ), 且它们具有不同的电子结构和化学性质.用量子化学密度泛函理论对乙(撑)二胺和乙腈配合的μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)和bis(μ-oxo)Cu2O2(Ⅲ)进行了理论研究,结果表明该两种异构体能量差别较小,相互转化的势垒较低.μη2:η2Cu2O2(Ⅱ)中的Cu-O主要是离子键,Cu2O2呈“Z"构型