Pt(111)面乙腈催化加氢反应的密度泛函理论研究

摘要

乙腈催化加氢的产物主要是乙胺类化合物(一乙胺、二乙胺、三乙胺)，这类化合物常用于医药、农业、纺织、橡胶、塑料行业等，因而具有重要的工业应用价值。同时乙腈加氢反应，不仅能够实现乙腈的综合利用，而且有利于实现反应的原子经济性和绿色化学。但是，该反应主要生成三种胺类的混合物，选择性较差。为了提高反应的选择性，需要对乙腈加氢反应的反应机理有清晰的认识。目前，对于该反应人们进行了大量的实验研究，但是理论研究却很少。而Pt催化剂由于其(111)面具有较低高的活性而备受关注，因此人们经常会选择Pt(111)表面作为催化剂去加速反应进行。为此，本论文采用密度泛函方法，对Pt催化剂上乙腈的吸附性质和乙腈加氢生成乙胺的反应机理进行了量子化学理论研究。经过研究，得到主要结果如下：
　　(1)对CH3CN在Pt(111)面上的可能吸附构型进行研究，计算结果表明：CH3CN在Pt(111)面吸附的最稳定构型为bridge吸附。C–N键平行于金属表面,并且表面Pt原子分别与相连的C原子和N原子成键。表面Pt原子向CH3CN转移部分电子，活化了CH3CN的碳氮键。
　　(2)对Pt(111)面上反应的中间构型进行研究，计算结果表明：中间体N原子上加氢的吸附产物要比C原子加氢的吸附产物稳定。并且随着H原子的增加，反应中间体的C–C键键长分别逐渐伸长，吸附能越来越小，当生成CH3CH2NH2后吸附能最小。
　　(3)CH3CN加氢反应，反应中间构型和H原子的共吸附研究中，可以得出：H原子在top位和fcc位的结构较稳定，而bridge位和hcp位较之不稳定。这表明了H原子在表面具有流动性，从而接近到金属表面，这种流动性有利于加氢反应的进行。
　　(4)对CH3CN催化加氢反应的反应机理进行深入了解，经过过渡态的探寻，比较每步反应的反应能和能垒，计算结果显示：CH3CN催化加氢生成CH3CH2NH2的反应路线为：CH3CN→CH3CNH→CH3CHNH→CH3CHNH2→CH3CH2NH2。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引 言

1.2 研究现状

1.3 选题目的及研究方案

1.4 本论文的创新点

第二章 理论基础与计算方法

2.1 引 言

2.2 密度泛函理论与其模型计算方法简介2.2.1 Thomas-Fermi模型

2.3 计算方法简介

2.4 第一性原理计算的一般流程

第三章 乙腈及反应中间体在Pt(111)表面吸附的DFT研究

3.1 引 言

3.2 计算方法和模型

3.3 结果和讨论

3.4 小结

第四章Pt(111)面上乙腈加氢的共吸附研究

4.1 引 言

4.2 计算方法与模型

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 反应机理研究

5.1 引言

5.2 计算方法和模型

5.3结果与讨论

5.4小结

第六章 工作总结与展望

6.1 论文总结

6.2 后续工作建议

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢