低温费-托合成Fe 2 C催化剂上合成气转化反应机理研究
发布时间：2022-09-21 20:26
合成气经费托合成（FTS）制液体燃料和化学品是非石油碳基资源优化利用的重要途径之一。费托合成催化反应的核心和关键是选择和调控费托反应路径。铁基催化剂是理想的费托合成催化剂,用于生产具有较高汽、柴油组分含量的产品,既可用于高温费托合成（300-350℃）,也可用于低温费托合成（200-240℃）。此外,铁基催化剂还具有较高的水气变换（WGS）活性、可直接转化煤基合成气,且价廉易得、耐毒性强以及在高温条件下仍可保持较低的甲烷选择性等优势,因而受到了学术界和工业界的广泛关注。在费托合成反应条件下,Fe基费托催化剂物相组成与碳化铁结构十分复杂,而且随反应条件和历程发生动态变化,这对建立构-效关系和调控产物选择性带来很大挑战。近年来对Fe基费托催化剂的活性相辨认、甲烷生成途径、链增长机理等已开展了大量的研究工作,但对低温费托合成的活性相Fe2C的关注和研究相对较少,目前还不能理解催化剂结构敏感性的根源和认识活性位的本质及选择性的调控机制,无法建立全温段碳化铁催化剂的构效关系,因此难以实现Fe基费托合成催化剂的理性设计和精细结构调控。本文以低温费托合成催化剂Fe2C为主要研究对象,采用密度泛函理论...
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究内容
第2章 文献综述
2.1 费托合成反应综述
2.1.1 费托合成的反应机理
2.1.2 费托合成活性相的辨认
2.1.3 低温费托合成的活性相
2.2 Fe基费托合成的催化剂研究
2.2.1 Fe基催化剂活性相的辨认概述
2.2.2 Fe基费托合成催化剂研究进展
第3章 理论计算模型和计算方法
3.1 引言
3.2 理论基础
3.2.1 密度泛函理论基础
3.2.2 基组和赝势方法
3.2.3 催化反应理论计算基本概念
3.3 计算方法及软件包介绍
3.3.1 VASP软件包
3.3.2 计算方法
第4章 Fe_2C催化剂结构特性及CO吸附
4.1 引言
4.2 计算方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 Fe_2C构型的电子特性
4.3.2 Fe_2C的暴露表面
4.3.3 CO在Fe_2C表面的吸附行为
4.3.4 CO在Fe_2C缺陷晶面上的吸附行为
4.3.5 CO在Fe_2C表面的活化前驱体构型
4.3.6 电子结构对CO吸附行为的影响
4.4 本章小结
第5章 CO活化机理与催化活性描述符辨认
5.1 引言
5.2 计算方法和构型
5.2.1 计算方法
5.2.2 Fe_2C上典型表面的构型
5.3 结果与讨论
5.3.1 CO在η-Fe_2C完美晶面上的活化行为
5.3.2 CO在ε-Fe_2C完美晶面上的活化行为
5.3.3 CO在η-Fe_2C缺陷晶面上的活化行为
5.3.4 CO在ε-Fe_2C缺陷晶面上的活化行为
5.3.5 电子结构对CO在Fe_2C表面活化行为的影响
5.4 本章小结
第6章 CH_4形成与C-C偶联机理以及选择性描述符辨认
6.1 引言
6.2 计算方法和构型
6.2.1 计算方法
6.2.2 计算模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 甲烷形成机理
6.3.2 C-C偶联机理
6.3.3 CO插入机理
6.3.4 CH_4和C_(2+)选择性
6.3.5 Fe_2C表面C物种的催化循环
6.3.6 表面结构对甲烷选择性的影响
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新性
7.3 展望
参考文献
致谢
博士学习期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一氧化碳加氢制碳氢化合物反应选择性的调控[J]. 王野,成康,张庆红. 中国科学:化学. 2012(04)
[2]费托合成钴基催化剂的研究进展[J]. 孙予罕,陈建刚,王俊刚,贾丽涛,侯博,李德宝,张娟. 催化学报. 2010(08)
[3]煤间接液化技术开发现状及工业前景[J]. 白亮,邓蜀平,董根全,曹立仁,相宏伟,李永旺. 化工进展. 2003(05)
[4]煤化工工艺技术评述与展望 Ⅳ.煤间接液化技术[J]. 相宏伟,唐宏青,李永旺. 燃料化学学报. 2001(04)
本文编号：3680608
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究内容
第2章 文献综述
2.1 费托合成反应综述
2.1.1 费托合成的反应机理
2.1.2 费托合成活性相的辨认
2.1.3 低温费托合成的活性相
2.2 Fe基费托合成的催化剂研究
2.2.1 Fe基催化剂活性相的辨认概述
2.2.2 Fe基费托合成催化剂研究进展
第3章 理论计算模型和计算方法
3.1 引言
3.2 理论基础
3.2.1 密度泛函理论基础
3.2.2 基组和赝势方法
3.2.3 催化反应理论计算基本概念
3.3 计算方法及软件包介绍
3.3.1 VASP软件包
3.3.2 计算方法
第4章 Fe_2C催化剂结构特性及CO吸附
4.1 引言
4.2 计算方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 Fe_2C构型的电子特性
4.3.2 Fe_2C的暴露表面
4.3.3 CO在Fe_2C表面的吸附行为
4.3.4 CO在Fe_2C缺陷晶面上的吸附行为
4.3.5 CO在Fe_2C表面的活化前驱体构型
4.3.6 电子结构对CO吸附行为的影响
4.4 本章小结
第5章 CO活化机理与催化活性描述符辨认
5.1 引言
5.2 计算方法和构型
5.2.1 计算方法
5.2.2 Fe_2C上典型表面的构型
5.3 结果与讨论
5.3.1 CO在η-Fe_2C完美晶面上的活化行为
5.3.2 CO在ε-Fe_2C完美晶面上的活化行为
5.3.3 CO在η-Fe_2C缺陷晶面上的活化行为
5.3.4 CO在ε-Fe_2C缺陷晶面上的活化行为
5.3.5 电子结构对CO在Fe_2C表面活化行为的影响
5.4 本章小结
第6章 CH_4形成与C-C偶联机理以及选择性描述符辨认
6.1 引言
6.2 计算方法和构型
6.2.1 计算方法
6.2.2 计算模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 甲烷形成机理
6.3.2 C-C偶联机理
6.3.3 CO插入机理
6.3.4 CH_4和C_(2+)选择性
6.3.5 Fe_2C表面C物种的催化循环
6.3.6 表面结构对甲烷选择性的影响
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新性
7.3 展望
参考文献
致谢
博士学习期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一氧化碳加氢制碳氢化合物反应选择性的调控[J]. 王野,成康,张庆红. 中国科学:化学. 2012(04)
[2]费托合成钴基催化剂的研究进展[J]. 孙予罕,陈建刚,王俊刚,贾丽涛,侯博,李德宝,张娟. 催化学报. 2010(08)
[3]煤间接液化技术开发现状及工业前景[J]. 白亮,邓蜀平,董根全,曹立仁,相宏伟,李永旺. 化工进展. 2003(05)
[4]煤化工工艺技术评述与展望 Ⅳ.煤间接液化技术[J]. 相宏伟,唐宏青,李永旺. 燃料化学学报. 2001(04)
本文编号：3680608
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