Co_3O_4納米晶催化氧化甲烷的理論研究:C–H鍵活化的晶面效應(yīng)及活性中心(英文)

【摘要】：甲烷是一種在自然界中大量存在的原材料,在取代原油和合成重要化工產(chǎn)品等許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值.然而,由于CH4中C–H鍵的鍵能特別大(約~4.5 eV),如何實(shí)現(xiàn)甲烷的綠色有效轉(zhuǎn)化在化學(xué)化工領(lǐng)域仍然是一個(gè)挑戰(zhàn).本文采用密度泛函理論對(duì)Co3O4(001)和(011)晶面活化甲烷C–H鍵的機(jī)理進(jìn)行了理論研究,得到了如下結(jié)論:(1)CH4的C–H鍵在Co3O4晶面的解離具有很高的活性,只需要克服大約1 eV的能壘;(2)與Co2+相連的Co–O離子對(duì)是CH4活化的活性位點(diǎn),其中兩個(gè)帶正負(fù)電荷的離子對(duì)C–H解離起著協(xié)同作用,幫助產(chǎn)生Co–CH3和O–H物種;(3)(011)面的反應(yīng)活性明顯大于(001)面,與實(shí)驗(yàn)的觀察一致.本文的計(jì)算結(jié)果表明,Co3O4納米晶面對(duì)CH4中C–H鍵的活化表現(xiàn)出明顯的晶面效應(yīng)和結(jié)構(gòu)敏感效應(yīng),Co?O離子對(duì)活性中心對(duì)于活化惰性的C–H鍵發(fā)揮了關(guān)鍵作用. 【作者單位】： 清華大學(xué)化學(xué)系;中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【關(guān)鍵詞】： C–H鍵活化 甲烷氧化 晶面效應(yīng) 微觀動(dòng)力學(xué)分析 離子對(duì)活性中心
【基金】：supported by the State Key Project of Fundamental Research for Nanoscience and Nanotechnology (2011CB932401) the National Natural Science Foundation of China (21221062, 10979031)~~
【分類號(hào)】：O643.32
【正文快照】： 1. Introduction Methane is the main constituent in natural gas and it is abundant in nature. The conversion of methane to the more useful methanol or other liquid fuels has attracted extensive interest in energy production and transportation fuels for se

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