铜单原子催化CO 2 加氢的第一性原理研究
发布时间：2022-01-01 20:02
二氧化碳转化和利用是应对温室效应和能源短缺的重要策略。CO2加氢转化为甲醇,是转化和储存CO2的理想方法。该反应所采用催化剂以负载型Cu基催化剂为主,但其存在反应条件苛刻,对目标产物的选择性低以及转化率低等问题。单原子催化剂（Single atom catalysts,SACs）凭借其催化效率高、结构稳定、原子利用率高等优点,近年来备受关注。目前,关于SACs的研究难点主要集中于制备方法。制备SACs的关键是实现金属前驱体的原子级分散,一般可通过空间限域、缺陷捕获、配位点锚定等策略进行。本文采用第一性原理中的密度泛函方法,借助Material Studio软件包中的DMol3模块,从理论角度构造载体缺陷和配位锚点,构建氮掺杂缺陷石墨烯负载的Cu单原子催化剂,旨在探究单原子形成机理,为制备方法的改进提供理论依据。并进一步探究了SACs催化CO2加氢制甲醇反应机理,给出了理论最优反应路径。具体研究内容如下:（1）在构建完美石墨烯模型的基础上,构建单/双空位缺陷石墨烯和N掺杂石墨烯模型,最后构建吸附单个C...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 综述
1.1 二氧化碳催化转化
1.1.1 二氧化碳甲烷化反应
1.1.2 逆水煤气反应
1.1.3 二氧化碳制二甲醚反应
1.1.4 二氧化碳制甲醇反应
1.2 二氧化碳加氢制甲醇反应机理
1.2.1 碳源
1.2.2 反应活性中心
1.2.3 反应的中间产物
1.3 二氧化碳加氢制甲醇催化剂的研究进展
1.3.1 铜基催化剂
1.3.2 贵金属基催化剂
1.3.3 双金属及其他催化剂
1.4 单原子催化剂及二氧化碳加氢反应机理
1.4.1 单原子催化剂合成方法
1.4.2 二氧化碳加氢反应机理
1.5 本文研究意义及内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容
2 理论基础和计算方法
2.1 第一性原理理论
2.1.1 绝热近似(Born-Oppenheimer近似)
2.1.2 单电子近似(Hartree-Fock近似)
2.2 密度泛函理论
2.2.1 Thomas-Fermi模型
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 Kohn-Sham方程
2.3 交换关联泛函的简化
2.3.1 局域密度近似(LDA)
2.3.2 广义梯度近似(GGA)
2.4 单原子稳定性理论分析
2.5 反应过渡态搜索
2.6 计算软件和模块
3 氮掺杂石墨烯负载铜单原子稳定性研究
3.1 模型与计算参数
3.2 结果与讨论
3.2.1 氮掺杂缺陷石墨烯负载铜单原子的结构优化
3.2.2 铜单原子与氮掺杂缺陷石墨烯的结合能
3.2.3 氮掺杂缺陷石墨烯负载铜单原子的电子结构
3.3 本章小结
4 铜单原子催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇机理研究
4.1 模型与计算参数
4.2 结果与讨论
4.2.1 不同反应路径反应热计算分析
4.2.2 不同反应路径过渡态计算分析
4.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]以CO2为原料的绿色生物制造[J]. 王凯,贺明丽,王梦,谭天伟. 化工进展. 2019(01)
[2]甲醇作为车用汽油调合组分的利弊分析[J]. 宋利军. 现代化工. 2018(08)
[3]国内外甲醇市场分析及展望[J]. 蒋子龙,姜博洋,王金鹏,孙宝文. 化学工业. 2017(06)
[4]二维材料限域单原子催化剂研究进展（英文）[J]. 王勇,张文华,邓德会,包信和. 催化学报. 2017(09)
[5]二氧化碳回收及利用分析[J]. 徐立龙,任静. 广州化工. 2017(11)
[6]Catalytic carbon dioxide hydrogenation to methane: A review of recent studies[J]. Xiong Su,Jinghua Xu,Binglian Liang,Hongmin Duan,Baolin Hou,Yanqiang Huang. Journal of Energy Chemistry. 2016(04)
[7]二氧化碳捕集技术研究进展[J]. 刘书群,王龙龙,刘理华. 广州化工. 2014(02)
[8]如何分析第一性原理的计算结果[J]. 李骥,张凤英,王阳. 电脑知识与技术. 2010(14)
[9]CO2加氢合成甲醇及二甲醚研究进展[J]. 张建祥,赵彦巧,陈吉祥,王日杰,张继炎. 天然气化工. 2004(06)
[10]CO2加氢低压合成甲醇催化剂CuO/ZnO/ZrO2的光电子能谱研究[J]. 徐征,毛利群,千载虎,盛世善,熊国兴. 燃料化学学报. 1992(03)
博士论文
[1]一碳反应中Cu基催化剂的结构调变与催化性能调控研究[D]. 章日光.太原理工大学 2013
硕士论文
[1]镍掺杂铜表面上二氧化碳合成甲醇机理的理论研究[D]. 张玲.河南师范大学 2018
本文编号：3562749
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 综述
1.1 二氧化碳催化转化
1.1.1 二氧化碳甲烷化反应
1.1.2 逆水煤气反应
1.1.3 二氧化碳制二甲醚反应
1.1.4 二氧化碳制甲醇反应
1.2 二氧化碳加氢制甲醇反应机理
1.2.1 碳源
1.2.2 反应活性中心
1.2.3 反应的中间产物
1.3 二氧化碳加氢制甲醇催化剂的研究进展
1.3.1 铜基催化剂
1.3.2 贵金属基催化剂
1.3.3 双金属及其他催化剂
1.4 单原子催化剂及二氧化碳加氢反应机理
1.4.1 单原子催化剂合成方法
1.4.2 二氧化碳加氢反应机理
1.5 本文研究意义及内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容
2 理论基础和计算方法
2.1 第一性原理理论
2.1.1 绝热近似(Born-Oppenheimer近似)
2.1.2 单电子近似(Hartree-Fock近似)
2.2 密度泛函理论
2.2.1 Thomas-Fermi模型
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 Kohn-Sham方程
2.3 交换关联泛函的简化
2.3.1 局域密度近似(LDA)
2.3.2 广义梯度近似(GGA)
2.4 单原子稳定性理论分析
2.5 反应过渡态搜索
2.6 计算软件和模块
3 氮掺杂石墨烯负载铜单原子稳定性研究
3.1 模型与计算参数
3.2 结果与讨论
3.2.1 氮掺杂缺陷石墨烯负载铜单原子的结构优化
3.2.2 铜单原子与氮掺杂缺陷石墨烯的结合能
3.2.3 氮掺杂缺陷石墨烯负载铜单原子的电子结构
3.3 本章小结
4 铜单原子催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇机理研究
4.1 模型与计算参数
4.2 结果与讨论
4.2.1 不同反应路径反应热计算分析
4.2.2 不同反应路径过渡态计算分析
4.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]以CO2为原料的绿色生物制造[J]. 王凯,贺明丽,王梦,谭天伟. 化工进展. 2019(01)
[2]甲醇作为车用汽油调合组分的利弊分析[J]. 宋利军. 现代化工. 2018(08)
[3]国内外甲醇市场分析及展望[J]. 蒋子龙,姜博洋,王金鹏,孙宝文. 化学工业. 2017(06)
[4]二维材料限域单原子催化剂研究进展（英文）[J]. 王勇,张文华,邓德会,包信和. 催化学报. 2017(09)
[5]二氧化碳回收及利用分析[J]. 徐立龙,任静. 广州化工. 2017(11)
[6]Catalytic carbon dioxide hydrogenation to methane: A review of recent studies[J]. Xiong Su,Jinghua Xu,Binglian Liang,Hongmin Duan,Baolin Hou,Yanqiang Huang. Journal of Energy Chemistry. 2016(04)
[7]二氧化碳捕集技术研究进展[J]. 刘书群,王龙龙,刘理华. 广州化工. 2014(02)
[8]如何分析第一性原理的计算结果[J]. 李骥,张凤英,王阳. 电脑知识与技术. 2010(14)
[9]CO2加氢合成甲醇及二甲醚研究进展[J]. 张建祥,赵彦巧,陈吉祥,王日杰,张继炎. 天然气化工. 2004(06)
[10]CO2加氢低压合成甲醇催化剂CuO/ZnO/ZrO2的光电子能谱研究[J]. 徐征,毛利群,千载虎,盛世善,熊国兴. 燃料化学学报. 1992(03)
博士论文
[1]一碳反应中Cu基催化剂的结构调变与催化性能调控研究[D]. 章日光.太原理工大学 2013
硕士论文
[1]镍掺杂铜表面上二氧化碳合成甲醇机理的理论研究[D]. 张玲.河南师范大学 2018
本文编号：3562749
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3562749.html
