加碳氯化TiO 2 （110）面吸附行为的密度泛函理论研究
发布时间：2021-12-28 04:13
二氧化钛加碳氯化制备四氯化钛是生产钛白粉和海绵钛的重要中间环节,加碳可以显著提高TiO2的氯化反应速率是该方法获得工业应用的前提,国内外对TiO2加碳氯化机理进行了大量研究,主要有还原反应、降低氧分压、形成中间化合物和自催化机理等观点,互为补充但仍未能揭示这种宏观现象的实质。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,主要对碳、CO和Cl2等分子在完整以及存在桥氧空位列缺陷的TiO2（110）面上的共吸附反应进行了探究。通过对共吸附体系的吸附结构、吸附能、电荷密度和态密度等性质的计算,分析了碳、CO和Cl2共同吸附在TiO2（110）表面的吸附反应,揭示了加碳促进TiO2氯化反应过程的行为机制,为进一步研究钛氧化物加碳氯化催化反应机理奠定了理论基础。主要结论如下:（1）碳或CO和Cl2在TiO2（110）表面上的吸附存在相互促进的作用。碳或CO中的C通过与TiO2（110...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
沸腾氯化工艺流程
金红石型TiO2的晶体结构（左图为球棍模型，右图为多面体模型
重庆大学硕士学位论文20RutileTiO2存在三种低指数面，即(100)、(001)和(110)，如图2.2所示。对于（100）面，其表面存在2配位O原子以及5配位Ti原子，2配位O原子比较活跃而5配位钛原子相对稳定，如果一个2配位O原子被C夺走，则表面剩下的为4配位Ti原子，若表层全部2配位O被夺走，则表面Ti原子为3配位，此时钛原子活性增加，表面活性随即也增加。对于（001）面，表面为4配位Ti原子以及2配位O原子，若一个2配位O原子被夺走则表面钛原子配位数变为3，若表层全部2配位O被夺走，则表面Ti原子为2配位，此时钛原子活性亦大大增加，表面活性随即也增加。而对于（110）面，表面2配位O原子被夺走后，剩下的Ti原子为5配位以及4配位，若想继续降低Ti原子的配位数，则需要夺走3配位O原子，而3配位O原子较稳定，故对TiO2(110)面的继续还原较为困难，由此分析可知（110）面的稳定性大于（100）大于（001），此推论与文献[28,37]计算结果相同。TiO2(100)TiO2(001)TiO2(110)图2.2金红石型TiO2的(100)、(001)和(110)表面结构Fig.2.2The(100),(001)and(110)surfacestructuresofrutileTiO22.2金红石型TiO2(110)表面模型的建立由章节2.1分析可知，TiO2(110)面是金红石最稳定的一个面。而TiO2(110)主要由两种类型的Ti原子以及两种类型的O原子构成，分别为6配位的Ti原子(Ti(6c))和5配位的Ti原子(Ti(5c))，以及3配位的O原子(O(3c))和2配位的O原子(O(2c))[37]。图2.3即为所建立的TiO2(110)面，其中二配位的氧的悬挂键与表面垂直。表面在晶体当中实际上是以一种缺陷形式存在，晶体的三维周期结构在表面被终结，因此，原本稳定的表面原子在表面出现时平衡被打破，所以任何表面都会在一定程度上发生驰豫甚至重构，以期达到能量最低状态而进入新的平衡。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛原料氯化方法评述[J]. 阎守义. 轻金属. 2014(03)
[2]中国钛谷欲完善自我,争夺全球钛产业话语权[J]. 张华. 中国钛业. 2013 (04)
[3]原子电荷计算方法的对比[J]. 卢天,陈飞武. 物理化学学报. 2012(01)
[4]攀枝花高钛型高炉渣综合利用研究最新进展[J]. 李兴华,蒲江涛. 钢铁钒钛. 2011(02)
[5]无筛板沸腾氯化法四氯化钛生产工艺[J]. 陆和东,练林海. 氯碱工业. 2009(09)
[6]H2S在立方ZrO2（110）面的吸附与解离[J]. 杨亚丽,陈文凯,陆春海,郭欣. 无机化学学报. 2009(08)
[7]H2O在SrTiO3-（001）TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究[J]. 林峰,郑法伟,欧阳方平. 物理学报. 2009(S1)
[8]中国的钛资源分布及特点[J]. 吴贤,张健. 钛工业进展. 2006(06)
[9]制备四氯化钛过程中加碳氯化反应热力学[J]. 王玉明,刘瑞丰,周荣会,邵宝顺,魏青松,袁章福,徐聪. 计算机与应用化学. 2006(03)
[10]TiO2表面氧空位对NO分子吸附的作用[J]. 汪洋,孟亮. 物理学报. 2005(05)
博士论文
[1]高炉喷吹煤粉催化强化燃烧机理及应用基础研究[D]. 邹冲.重庆大学 2014
[2]高钙镁电炉钛渣制备优质人造金红石的研究[D]. 董海刚.中南大学 2010
硕士论文
[1]基于石墨烯电极分子器件的电输运性质研究[D]. 杨爱云.西安工程大学 2018
[2]Fe2O3-石墨烯催化水解COS及CS2反应机理研究[D]. 韩双.昆明理工大学 2018
[3]高钛渣沸腾氯化过程研究[D]. 陈建文.昆明理工大学 2016
[4]χ-Fe5C2催化剂上费—托合成机理的密度泛函理论计算[D]. 范青海.华东理工大学 2015
[5]TiO2体相掺杂与表面吸附的第一性原理研究[D]. 苏宏斌.西南交通大学 2010
[6]晶体表面重构和弛豫的理论分析[D]. 张敏妍.陕西师范大学 2009
[7]氯化法钛白粉生产中沸腾氯化渣的研究[D]. 徐庆鑫.昆明理工大学 2008
本文编号：3553377
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
沸腾氯化工艺流程
金红石型TiO2的晶体结构（左图为球棍模型，右图为多面体模型
重庆大学硕士学位论文20RutileTiO2存在三种低指数面，即(100)、(001)和(110)，如图2.2所示。对于（100）面，其表面存在2配位O原子以及5配位Ti原子，2配位O原子比较活跃而5配位钛原子相对稳定，如果一个2配位O原子被C夺走，则表面剩下的为4配位Ti原子，若表层全部2配位O被夺走，则表面Ti原子为3配位，此时钛原子活性增加，表面活性随即也增加。对于（001）面，表面为4配位Ti原子以及2配位O原子，若一个2配位O原子被夺走则表面钛原子配位数变为3，若表层全部2配位O被夺走，则表面Ti原子为2配位，此时钛原子活性亦大大增加，表面活性随即也增加。而对于（110）面，表面2配位O原子被夺走后，剩下的Ti原子为5配位以及4配位，若想继续降低Ti原子的配位数，则需要夺走3配位O原子，而3配位O原子较稳定，故对TiO2(110)面的继续还原较为困难，由此分析可知（110）面的稳定性大于（100）大于（001），此推论与文献[28,37]计算结果相同。TiO2(100)TiO2(001)TiO2(110)图2.2金红石型TiO2的(100)、(001)和(110)表面结构Fig.2.2The(100),(001)and(110)surfacestructuresofrutileTiO22.2金红石型TiO2(110)表面模型的建立由章节2.1分析可知，TiO2(110)面是金红石最稳定的一个面。而TiO2(110)主要由两种类型的Ti原子以及两种类型的O原子构成，分别为6配位的Ti原子(Ti(6c))和5配位的Ti原子(Ti(5c))，以及3配位的O原子(O(3c))和2配位的O原子(O(2c))[37]。图2.3即为所建立的TiO2(110)面，其中二配位的氧的悬挂键与表面垂直。表面在晶体当中实际上是以一种缺陷形式存在，晶体的三维周期结构在表面被终结，因此，原本稳定的表面原子在表面出现时平衡被打破，所以任何表面都会在一定程度上发生驰豫甚至重构，以期达到能量最低状态而进入新的平衡。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛原料氯化方法评述[J]. 阎守义. 轻金属. 2014(03)
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[8]中国的钛资源分布及特点[J]. 吴贤,张健. 钛工业进展. 2006(06)
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[10]TiO2表面氧空位对NO分子吸附的作用[J]. 汪洋,孟亮. 物理学报. 2005(05)
博士论文
[1]高炉喷吹煤粉催化强化燃烧机理及应用基础研究[D]. 邹冲.重庆大学 2014
[2]高钙镁电炉钛渣制备优质人造金红石的研究[D]. 董海刚.中南大学 2010
硕士论文
[1]基于石墨烯电极分子器件的电输运性质研究[D]. 杨爱云.西安工程大学 2018
[2]Fe2O3-石墨烯催化水解COS及CS2反应机理研究[D]. 韩双.昆明理工大学 2018
[3]高钛渣沸腾氯化过程研究[D]. 陈建文.昆明理工大学 2016
[4]χ-Fe5C2催化剂上费—托合成机理的密度泛函理论计算[D]. 范青海.华东理工大学 2015
[5]TiO2体相掺杂与表面吸附的第一性原理研究[D]. 苏宏斌.西南交通大学 2010
[6]晶体表面重构和弛豫的理论分析[D]. 张敏妍.陕西师范大学 2009
[7]氯化法钛白粉生产中沸腾氯化渣的研究[D]. 徐庆鑫.昆明理工大学 2008
本文编号：3553377
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