水及烯烴在金屬表面上反應(yīng)機理的第一原理研究.pdf

1、運用DFT-GGA方法對一些多相催化反應(yīng)過程可能出現(xiàn)在某些金屬表面的吸附解離反應(yīng)機理進行了研究，同時也對工業(yè)上感興趣的C=C雙鍵在金屬表面的環(huán)氧化反應(yīng)活性及金屬表面改性的預(yù)吸附原子對該鍵分解的影響分別進行了研究。通過系統(tǒng)地考查吸附物的吸附平衡構(gòu)型、最穩(wěn)定吸附位、吸附強度及吸附分子的活化程度，揭示吸附物質(zhì)在金屬表面吸附現(xiàn)象的一般規(guī)律和本質(zhì)。得到以下結(jié)論： (1)通過對原子(H、N、S、O和C)在Cu表面的化學(xué)吸附行為的研究說明：在

2、Cu(111)表面吸附能大小的順序為H

3、Pd(111)，Pt(111)，Cu(111)，Ag(111)和Au(111)表面的吸附情況?；诮o定的金屬簇模型應(yīng)用高斯基組的計算結(jié)果表明，氧原子的吸附能大于硫原子；而基于平面波基組的計算結(jié)果表明吸附能的變化與簇的大小有關(guān)。從基于平面波基組的板模型計算結(jié)果中可以看出氧和硫的吸附能順序均是：Rh(111)>Pd(111)>Cu(111)>Pt(111)>Ag(111)>Au(111)。在Cu(111)上，氧原子的吸附能大于硫原子的，而其

4、他金屬上的結(jié)果與之相反。 (2)通過研究CO<,2>在甲酸根(HCOO)修飾Cu(100)表面的吸附行為表明，與清潔Cu(100)表面相比較，CO<,2>在甲酸根(HCOO)修飾的Cu(100)表面的吸附強度增強，其對稱性不存在。究其原因，可歸結(jié)為甲酸根(HCOO)的存在使CO<,2>分子帶有部分極性，從而使其與Cu(100)表面的作用增強。 (3)研究水在清潔的，氧原子預(yù)吸附及硫原子預(yù)吸附的Mo(100)，Cu(111

5、)和Au(111)表面的分解機理。結(jié)果表明，水在不同原子預(yù)吸附的金屬表面上會呈現(xiàn)出不同的影響，對化學(xué)反應(yīng)分別為抑制，沒有作用和促進作用。通過對苯乙烯在氧原子預(yù)吸附的Au(111)表面氧化反應(yīng)的選擇性反應(yīng)機理的詳細研究，得到的結(jié)果和最近報道的苯乙烯氧化實驗很一致。證實該反應(yīng)包含了兩個反應(yīng)步驟：首先生成金屬氧環(huán)中間體，(oxametallacycleintermediate(OMME))，然后再生成產(chǎn)物。此外，結(jié)果表明反應(yīng)通過OMME(2)

6、生成環(huán)氧化產(chǎn)物從動力學(xué)來看比OMME(1)更有利些。原因可能是對于苯乙烯環(huán)氧化物OMME(2)比OMME(1)的穩(wěn)定性差一些。通過對不對稱烯烴在O/Cu(111)表面反應(yīng)情況也系統(tǒng)地進行了研究，證實該反應(yīng)是由2個主要步驟組成的分步反應(yīng)，首先生成OMME，然后從OMME生成產(chǎn)物，包括環(huán)氧化物和醛類兩類，且該結(jié)果與在O/Cu(111)表面上乙烯氧化反應(yīng)情況很類似，不同的是由于不對稱而有2個OMMEs。丙烯和苯乙烯在O原子修飾的Cu(111)