CO 2 制甲醇催化剂Cu/ZnO/Al 2 O 3 的理论研究
发布时间：2022-10-10 14:01
关于如何利用二氧化碳作为初始碳源来制备具有更高价值的甲醇研究一直以来是能源研究的前沿课题,我们如果能够把空气中的二氧化碳气体进行捕获然后将其和氢气进行反应生成甲醇,这不仅可以缓解温室效应等一系列的环境问题,同时还可以生成高储氢密度的甲醇化学产品,而甲醇则也可以作为上游的化工基础原料来合成其他许多重要的有机化工产品。在当前的甲醇合成基础研究以及实际的工业化过程中,这一反应所用的主要催化剂体系是铜系催化剂,而在最具有代表性的Cu/ZnO/Al2O3铜系催化剂表面,CO2加氢合成甲醇这一反应的催化活性相以及其相应的反应机理问题近年来一直存在很多争议,而我们的研究工作致力于解决这些关于表面反应的活性争议,通过采用密度泛函理论计算,我们深入研究了在真实的催化反应条件下,Cu/ZnO/Al2O3催化剂中可能存在的Zn/Cu反应表面、ZnO/Cu表面以及ZnOH/Cu三种活性相上CO2加氢的反应机理。我们已经证明,二氧化碳活化更有可能经历甲酸盐的反应路径从而生成甲醇,而不是逆水气转换途径达到最终产物。此外,催化剂表面的羟基通过降低反应决速步HCOO和H3CO的加氢反应能垒,从而使得甲醇合成反应的活性...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 二氧化碳的排放现状
1.1.2 二氧化碳的回收及利用
1.2 二氧化碳加氢合成甲醇
1.2.1 甲醇的性质
1.2.2 二氧化碳合成甲醇催化剂
1.3 国内外研究现状
1.4 二氧化碳加氢合成甲醇的理论研究
1.5 选题思路及研究内容
第二章 理论方法
2.1 量子化学简介
2.2 密度泛函理论计算基础
2.2.1 Thomas-Fermi理论
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 Kohn-Sham定理
2.3 交换相关泛函研究
2.3.1 局域密度近似概念
2.3.2 广义梯度近似概念
2.4 赝势
2.4.1 范数守恒赝势
2.4.2 超软赝势
2.5 计算软件简介
第三章 Cu/ZnO/Al_2O_3表面的反应机理研究
3.1 研究背景及意义
3.2 Zn/Cu(211)、ZnO/Cu(211)、ZnOH/Cu(211)建模
3.2.1 Cu(211)和Cu(111)的表面能计算
3.2.2 参数设置及模型优化
3.3 CO_2合成甲醇的反应路径
3.3.1 甲酸盐反应路径
3.3.2 RWGS+CO加氢反应路径
3.4 最佳反应路径
第四章 Zn/Cu、ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相的机理比较
4.1 Zn/Cu和ZnO/Cu活性位点的争端
4.2 ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相的形成
4.3 Zn/Cu、ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相机理的比较
4.3.1 三种活性相上的相对反应能量和路径比较
4.3.2 三种活性相上的相对能量校正以及吉布斯自由能路径
4.4 电荷分析
4.5 反应速率分析
4.6 本章结论
第五章 关于在锌团簇上CO2加氢制甲醇的DFT理论研究
5.1 锌团簇的研究背景及意义
5.2 Zn_1/Cu(111)、Zn_3/Cu(111)、Zn_3O/Cu(111)建模
5.3 反应中间体和过渡态
5.4 CO_2在Zn_1@Cu,Zn_3@Cu表面的分解
5.5 CO生成甲醇反应路径
5.6 Zn_1@Cu、Zn_3@Cu、Zn_3O@Cu催化剂表面反应机理的比较
5.7 本章结论
第六章 结论与展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化碳加氢制备甲醇技术进展[J]. 史建公,刘志坚,刘春生. 中外能源. 2018(09)
[2]催化二氧化碳直接加氢制备甲醇研究新进展[J]. 陈景润. 山东化工. 2018(09)
[3]Theoretical insight into methanol steam reforming on indium oxide with different coordination environments[J]. Jinglin Wang,Haifeng Wang,P.Hu. Science China（Chemistry）. 2018(03)
[4]Theoretical insight into the selectivities of copper-catalyzing heterogeneous reduction of carbon dioxide[J]. Xitong Sun,Xiaoming Cao,P.Hu. Science China Chemistry. 2015(04)
硕士论文
[1]基于分子筛封装Pt的催化材料性能研究[D]. 刘帆.太原理工大学 2016
[2]Cu基催化剂上CO/CO2加氢制备甲醇的理论研究[D]. 李静.太原理工大学 2016
本文编号：3689747
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 二氧化碳的排放现状
1.1.2 二氧化碳的回收及利用
1.2 二氧化碳加氢合成甲醇
1.2.1 甲醇的性质
1.2.2 二氧化碳合成甲醇催化剂
1.3 国内外研究现状
1.4 二氧化碳加氢合成甲醇的理论研究
1.5 选题思路及研究内容
第二章 理论方法
2.1 量子化学简介
2.2 密度泛函理论计算基础
2.2.1 Thomas-Fermi理论
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 Kohn-Sham定理
2.3 交换相关泛函研究
2.3.1 局域密度近似概念
2.3.2 广义梯度近似概念
2.4 赝势
2.4.1 范数守恒赝势
2.4.2 超软赝势
2.5 计算软件简介
第三章 Cu/ZnO/Al_2O_3表面的反应机理研究
3.1 研究背景及意义
3.2 Zn/Cu(211)、ZnO/Cu(211)、ZnOH/Cu(211)建模
3.2.1 Cu(211)和Cu(111)的表面能计算
3.2.2 参数设置及模型优化
3.3 CO_2合成甲醇的反应路径
3.3.1 甲酸盐反应路径
3.3.2 RWGS+CO加氢反应路径
3.4 最佳反应路径
第四章 Zn/Cu、ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相的机理比较
4.1 Zn/Cu和ZnO/Cu活性位点的争端
4.2 ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相的形成
4.3 Zn/Cu、ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相机理的比较
4.3.1 三种活性相上的相对反应能量和路径比较
4.3.2 三种活性相上的相对能量校正以及吉布斯自由能路径
4.4 电荷分析
4.5 反应速率分析
4.6 本章结论
第五章 关于在锌团簇上CO2加氢制甲醇的DFT理论研究
5.1 锌团簇的研究背景及意义
5.2 Zn_1/Cu(111)、Zn_3/Cu(111)、Zn_3O/Cu(111)建模
5.3 反应中间体和过渡态
5.4 CO_2在Zn_1@Cu,Zn_3@Cu表面的分解
5.5 CO生成甲醇反应路径
5.6 Zn_1@Cu、Zn_3@Cu、Zn_3O@Cu催化剂表面反应机理的比较
5.7 本章结论
第六章 结论与展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化碳加氢制备甲醇技术进展[J]. 史建公,刘志坚,刘春生. 中外能源. 2018(09)
[2]催化二氧化碳直接加氢制备甲醇研究新进展[J]. 陈景润. 山东化工. 2018(09)
[3]Theoretical insight into methanol steam reforming on indium oxide with different coordination environments[J]. Jinglin Wang,Haifeng Wang,P.Hu. Science China（Chemistry）. 2018(03)
[4]Theoretical insight into the selectivities of copper-catalyzing heterogeneous reduction of carbon dioxide[J]. Xitong Sun,Xiaoming Cao,P.Hu. Science China Chemistry. 2015(04)
硕士论文
[1]基于分子筛封装Pt的催化材料性能研究[D]. 刘帆.太原理工大学 2016
[2]Cu基催化剂上CO/CO2加氢制备甲醇的理论研究[D]. 李静.太原理工大学 2016
本文编号：3689747
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3689747.html
