焦炭氧化的密度泛函理论研究
发布时间：2021-02-11 20:30
长期以来,在未来几十年内煤炭都是世界特别是我国能源的主要构成部分,但它在带给我们能量和资源的同时,也产生了严重的污染与温室气体。多年来,由于它的复杂性,人们对焦碳的氧化反应机理一直没有清楚的认识,从而难以充分有效地利用。本文采用量子化学计算模拟软件Gaussian09对zigzag和armchair两种可能结构的焦炭与氧气发生反应的机理进行探究。分别采用了DFT/B3LYP,DFT/B3PW91和MP2三种方法进行计算,通过对比分析选用DFT/B3LYP作为本文计算方法。所选基组为6-31G（d）,对其结构进行几何优化,采用B3LYP/6-311++G（d,p）进行单点能计算,在计算结构能量时使用零点能矫正。在此计算基础上对体系又进行了自旋多重度和活性位点的分析。O2在ziazag结构的焦炭表面发生化学吸附时为无势垒反应,且大量放热,放热量为758.40 kJ/mol。CO直接解吸需要克服347.22 kJ/mol的能垒,可见化学吸附放出的热量足以直接进行CO解吸。第二个解吸过程伴随着重排反应的发生,形成稳定的中间体结构,可以发生第二个解吸过程,需要翻越293.4...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
势能面示意图
由于焦碳分子内的电荷分布不能通过实验测量，然而，这种性质是非常重要的。通过分配分子系统中原子之间的电ulliken[57-58]和 AIM[59]等几种方法在内的方案能够产生原子电荷原子电荷不是量子力学可观察的，所以计算它的所有方法都且通常需要更高的化学模型来获得足够的结果。综合每种方将采取 Mulliken 电荷分析。分析结果如图 3.2 所示。0.312 0.312 -0.351 0.3Mulliken charge ofA Mulliken charge of B-0.051 -0.122-0.051-0.052 -0.129 -0.129 -0.052-0.091 -0.0920.005 -0.074 -0.074 0.005
4 焦炭氧化微观机理本章节将选用 zigzag 结构模型 B 和 armchair 结构模型 C 分别对氧气的吸解吸附进行量子化学计算模拟，并对反应发生的路径和微观机理作进一步析和研究。下文采用 R, M, P, 分别代表反应物，中间体和生成物，TS 表示过渡态。4.1 氧气在 armchair 焦炭模型 C 上发生的反应机理.1.1 氧气在 armchair 焦炭结构上发生的化学吸附反应机理氧气在 armchair 型焦炭 C 表面发生化学吸附反应过程中组分的构型变化个过程中的反应势能面分别见图 4.1 和图 4.2。在势能面图中选取反应物或体作为基准态时，其相对能量设为 0，下文同。每步中的能垒和焓变及过渡虚频如表 4.1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]焦炭性能对矿热炉冶炼锰铁合金的影响[J]. 钟耀球,王炜,吴永长,曾世林,黄祖诚,吴军. 中国冶金. 2017(08)
[2]不同长度多肽体系的电荷分布的研究[J]. 曹军,赵东霞. 科技展望. 2015(20)
[3]化学反应活化能的定义及其与势垒的关系[J]. 刘国杰,黑恩成. 大学化学. 2013(05)
[4]炼焦煤尾煤热解特性及动力学研究[J]. 付兴民,张玉秀,郭战英,刘海兵,柳树成,贾晋炜,舒新前. 煤炭学报. 2013(02)
[5]烯烃催化聚合反应中的区位选择性和Mulliken位置电荷[J]. 刘颖,段纪东,张洪波,刘跃. 高分子通报. 2011(05)
[6]量子化学方法及其在化学计算中的应用[J]. 伍林,张正富,孙力军. 广西轻工业. 2009(04)
[7]气体与煤表面吸附作用的量子化学研究[J]. 王宝俊,凌丽霞,赵清艳,章日光,谢克昌. 化工学报. 2009(04)
[8]热重技术在煤焦燃烧反应性能研究中的应用[J]. 李梅,柳华,焦向炜. 石油化工应用. 2009(01)
[9]我国焦炭工业现状、问题及其调整建议[J]. 刘耀东. 中国能源. 2009(01)
[10]焦炭质量对高炉冶炼过程的影响[J]. 赵贵清. 中国冶金. 2007(11)
博士论文
[1]煤中常见化学键的解离及分子结构的量子化学理论研究[D]. 李璐.大连理工大学 2016
[2]若干气相含氮、硫、卤素的小分子自由基反应微观动力学的理论研究[D]. 刘朋军.东北师范大学 2004
硕士论文
[1]氨性溶液中Zn（Ⅱ）-NH3-H2O配合物的量子化学计算研究[D]. 陈静.中南大学 2014
[2]含铜银金的分子与小分子作用成键本质的理论研究[D]. 赵兴娟.山东师范大学 2014
[3]TPA与EG反应机理的量子化学研究[D]. 王云龙.青岛大学 2007
[4]PMBP席夫碱及其金属配合物的合成、表征、晶体结构、抑菌活性和量子化学研究[D]. 宋玉晶.天津师范大学 2007
本文编号：3029666
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
势能面示意图
由于焦碳分子内的电荷分布不能通过实验测量，然而，这种性质是非常重要的。通过分配分子系统中原子之间的电ulliken[57-58]和 AIM[59]等几种方法在内的方案能够产生原子电荷原子电荷不是量子力学可观察的，所以计算它的所有方法都且通常需要更高的化学模型来获得足够的结果。综合每种方将采取 Mulliken 电荷分析。分析结果如图 3.2 所示。0.312 0.312 -0.351 0.3Mulliken charge ofA Mulliken charge of B-0.051 -0.122-0.051-0.052 -0.129 -0.129 -0.052-0.091 -0.0920.005 -0.074 -0.074 0.005
4 焦炭氧化微观机理本章节将选用 zigzag 结构模型 B 和 armchair 结构模型 C 分别对氧气的吸解吸附进行量子化学计算模拟，并对反应发生的路径和微观机理作进一步析和研究。下文采用 R, M, P, 分别代表反应物，中间体和生成物，TS 表示过渡态。4.1 氧气在 armchair 焦炭模型 C 上发生的反应机理.1.1 氧气在 armchair 焦炭结构上发生的化学吸附反应机理氧气在 armchair 型焦炭 C 表面发生化学吸附反应过程中组分的构型变化个过程中的反应势能面分别见图 4.1 和图 4.2。在势能面图中选取反应物或体作为基准态时，其相对能量设为 0，下文同。每步中的能垒和焓变及过渡虚频如表 4.1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]焦炭性能对矿热炉冶炼锰铁合金的影响[J]. 钟耀球,王炜,吴永长,曾世林,黄祖诚,吴军. 中国冶金. 2017(08)
[2]不同长度多肽体系的电荷分布的研究[J]. 曹军,赵东霞. 科技展望. 2015(20)
[3]化学反应活化能的定义及其与势垒的关系[J]. 刘国杰,黑恩成. 大学化学. 2013(05)
[4]炼焦煤尾煤热解特性及动力学研究[J]. 付兴民,张玉秀,郭战英,刘海兵,柳树成,贾晋炜,舒新前. 煤炭学报. 2013(02)
[5]烯烃催化聚合反应中的区位选择性和Mulliken位置电荷[J]. 刘颖,段纪东,张洪波,刘跃. 高分子通报. 2011(05)
[6]量子化学方法及其在化学计算中的应用[J]. 伍林,张正富,孙力军. 广西轻工业. 2009(04)
[7]气体与煤表面吸附作用的量子化学研究[J]. 王宝俊,凌丽霞,赵清艳,章日光,谢克昌. 化工学报. 2009(04)
[8]热重技术在煤焦燃烧反应性能研究中的应用[J]. 李梅,柳华,焦向炜. 石油化工应用. 2009(01)
[9]我国焦炭工业现状、问题及其调整建议[J]. 刘耀东. 中国能源. 2009(01)
[10]焦炭质量对高炉冶炼过程的影响[J]. 赵贵清. 中国冶金. 2007(11)
博士论文
[1]煤中常见化学键的解离及分子结构的量子化学理论研究[D]. 李璐.大连理工大学 2016
[2]若干气相含氮、硫、卤素的小分子自由基反应微观动力学的理论研究[D]. 刘朋军.东北师范大学 2004
硕士论文
[1]氨性溶液中Zn（Ⅱ）-NH3-H2O配合物的量子化学计算研究[D]. 陈静.中南大学 2014
[2]含铜银金的分子与小分子作用成键本质的理论研究[D]. 赵兴娟.山东师范大学 2014
[3]TPA与EG反应机理的量子化学研究[D]. 王云龙.青岛大学 2007
[4]PMBP席夫碱及其金属配合物的合成、表征、晶体结构、抑菌活性和量子化学研究[D]. 宋玉晶.天津师范大学 2007
本文编号：3029666
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