过渡金属铁簇Fe 2 /Fe 4 与NO反应的密度泛函理论研究

发布时间：2023-04-25 05:59

　　氮氧化物作为空气中的主要污染物会造成光化学烟雾、酸雨等诸多问题,影响人类的健康和环境质量。目前工业上常用的NH3-SCR存在有二次污染、催化剂成本高等问题。因此,研究环境友好、成本低廉的脱除氮氧化物的方法已成为研究热点。本实验组前期的实验结果表明金属铁及其氧化物可以直接还原NO。但是,对于其在分子水平上的微观机理,现阶段还缺乏相应的研究。而利用量子化学中的密度泛函理论可以揭示反应体系的中间体、过渡态及动力学特性等有关信息,从而可以得到铁簇与NO的反应机理。在课题组对单个铁原子和NO的反应体系进行研究后发现,由于Fe和NO的反应体系体系偏小,研究得到的过渡态／中间体的能量与实际偏差较大。基于此,本文采用密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)中的B3LYP方法在6-311+G(d,p)的计算水平上计算研究了过渡金属铁簇(Fe2和Fe4)和NO的反应。通过Gaussian09软件平台,全参数优化了各体系反应势能面上各驻点的几何结构,并用频率分析法以及内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证,得到了该反应的微观反应路径和反应势能面(PESs)。利用分子...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.0. 研究背景
    1.1. 脱除氮氧化物的方法
        1.1.1. NO直接催化分解法
        1.1.2. NSR催化技术
        1.1.3. SCR催化技术
    1.2. 铁及氧化物直接催化还原NO_x的研究现状
    1.3. 基于密度泛函理论研究脱除NO_x进展
        1.3.1. 金属催化剂
        1.3.2. 金属氧化物催化剂
        1.3.3. 分子筛催化剂
    1.4. 本文研究内容与方法
    1.5. 本章小结
第二章 理论基础和计算方法
    2.1. 密度泛函理论
    2.2. 两态态理论
    2.3. 过渡态理论
    2.4. 反应势能面(PES)
        2.4.1. 势能面上临界点的几何性质
        2.4.2. 势能面交叉
    2.5. 内禀反应坐标(IRC)
    2.6. 分子中的原子理论(AIM)
    2.7. 计算方法
第三章 Fe₂与NO反应的密度泛函理论研究
    3.1. 结果和讨论
        3.1.1. Fe₂+NO反应体系
        3.1.2. Fe₂+NO反应机理
    3.2. 反映在两个势能面上的交叉行为
    3.4. 反应动力学计算
    3.5. 结论
第四章 Fe₄和NO反应的密度泛函理论研究
    4.1. 结果和讨论
        4.1.1. Fe₄+NO反应体系
        4.1.2. Fe₄+NO的反应机理
    4.2. 反应在两个势能面上的交叉行为
    4.3. AIM拓扑分析
    4.4. 反应动力学计算
    4.5. 结论
第五章 研究总结与展望
    5.1. 主要研究成果
    5.2. 课题创新之处
    5.3. 研究展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文、专利
致谢



本文编号：3800850