过渡金属Fe、Pd配合物催化氨硼烷脱氢反应的理论研究

摘要

氨硼烷（NH3BH3，AB）因含氢量高（19.6wt.％）、分子量小、热稳定性适中而成为近十年来最具潜力的储氢材料之一。在氨硼烷的催化脱氢反应中，过渡金属催化剂能够显著地降低AB的热解温度，提高水解的放氢速度。因此，探索过渡金属催化AB脱氢反应的机理具有重要的意义。本文采用密度泛函理论（DFT），分别研究了过渡金属（Fe， Pd）催化剂催化氨硼烷脱氢的反应机理。
　　本研究主要内容包括：⑴在M06/6-311+G(d,p)–SDD//M06/6-31G(d)–SDD计算水平下,通过密度泛函理论（DFT）计算，我们详细地研究了Fe-POCOP螯合配合物催化的氨硼烷脱氢反应的机理。该反应主要是经过一个配体协助的协同的Fe?Cipso共活化的机理，其中AB中B原子上的氢转移到Fe中心，同时N原子上的质子转移到Cipso上。DFT计算和NBO电荷分析都表明当配体Cipso的对位有一个供电子基MeO时，Fe-POCOP螯合配合物的活性最高且决速步的反应能垒最低，只要17.6 kcal/mol。而反应后期催化剂失活机理的分析表明，失活归因于AB中NH3的解离。⑵在M06L/6-311+G(d,p)–LANL2DZ//M06L/6-31G(d)–LANL2DZ水平下，研究了Pd氮杂环卡宾配合物催化的串联的N,N-二甲基氨硼烷（DMAB）脱氢以及烯烃氢化的反应机理。对于脱氢反应，我们提出了四种可能的路径，计算结果表明，脱氢反应是通过N上质子先转移到配体卡宾C上，再经过C–H活化，B–H活化，最后异构化的机理进行的，决速步的能垒有26.0 kcal/mol。另外，在脱氢过程中形成的反式双氢配合物在串联的氢化反应中起了关键的作用。它作为活性催化剂可以经过一个逐步的氢转移机理氢化烯烃，并且只需要跨越19.6 kcal/mol的活化能垒。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 氢能的应用

1.2 储氢材料及其分类

1.3 氨硼烷的结构与性质

1.4 氨硼烷脱氢

1.5 氨硼烷的再生

1.6 本论文的设计

参考文献

第二章：理论基础和计算方法

2.1 薛定谔方程

2.2 从头算法

2.3 半经验分子轨道法

2.4 密度泛函理论

参考文献

第三章 铁的螯合配合物催化氨硼烷脱氢反应的理论研究

3.1 引言

3.2 计算方法：

3.3 结果和讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 [Pd(NHC)(PCy3)]催化的串联的氨硼烷脱氢以及烯烃氢化反应的理论研究

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果和讨论

4.4 本章小结

参考文献

总结与展望

附录一 铁的螯合配合物催化氨硼烷脱氢反应的补充材料

附录二 [Pd(NHC)(PCy3)]催化的串联的氨硼烷脱氢及烯烃氢化反应的补充材料

攻读硕士学位期间的论文

致谢