二氧化碳轉化和利用是應對溫室效應和能源短缺的重要策略。CO₂加氫轉化為甲醇,是轉化和儲存CO₂的理想方法。該反應所采用催化劑以負載型Cu基催化劑為主,但其存在反應條件苛刻,對目標產(chǎn)物的選擇性低以及轉化率低等問題。單原子催化劑（Single atom catalysts,SACs）憑借其催化效率高、結構穩(wěn)定、原子利用率高等優(yōu)點,近年來備受關注。目前,關于SACs的研究難點主要集中于制備方法。制備SACs的關鍵是實現(xiàn)金屬前驅體的原子級分散,一般可通過空間限域、缺陷捕獲、配位點錨定等策略進行。本文采用第一性原理中的密度泛函方法,借助Material Studio軟件包中的DMol³模塊,從理論角度構造載體缺陷和配位錨點,構建氮摻雜缺陷石墨烯負載的Cu單原子催化劑,旨在探究單原子形成機理,為制備方法的改進提供理論依據(jù)。并進一步探究了SACs催化CO₂加氫制甲醇反應機理,給出了理論最優(yōu)反應路徑。具體研究內(nèi)容如下:（1）在構建完美石墨烯模型的基礎上,構建單/雙空位缺陷石墨烯和N摻雜石墨烯模型,最后構建吸附單個C... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 綜述
    1.1 二氧化碳催化轉化
        1.1.1 二氧化碳甲烷化反應
        1.1.2 逆水煤氣反應
        1.1.3 二氧化碳制二甲醚反應
        1.1.4 二氧化碳制甲醇反應
    1.2 二氧化碳加氫制甲醇反應機理
        1.2.1 碳源
        1.2.2 反應活性中心
        1.2.3 反應的中間產(chǎn)物
    1.3 二氧化碳加氫制甲醇催化劑的研究進展
        1.3.1 銅基催化劑
        1.3.2 貴金屬基催化劑
        1.3.3 雙金屬及其他催化劑
    1.4 單原子催化劑及二氧化碳加氫反應機理
        1.4.1 單原子催化劑合成方法
        1.4.2 二氧化碳加氫反應機理
    1.5 本文研究意義及內(nèi)容
        1.5.1 研究意義
        1.5.2 研究內(nèi)容
2 理論基礎和計算方法
    2.1 第一性原理理論
        2.1.1 絕熱近似(Born-Oppenheimer近似)
        2.1.2 單電子近似(Hartree-Fock近似)
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
    2.3 交換關聯(lián)泛函的簡化
        2.3.1 局域密度近似(LDA)
        2.3.2 廣義梯度近似(GGA)
    2.4 單原子穩(wěn)定性理論分析
    2.5 反應過渡態(tài)搜索
    2.6 計算軟件和模塊
3 氮摻雜石墨烯負載銅單原子穩(wěn)定性研究
    3.1 模型與計算參數(shù)
    3.2 結果與討論
        3.2.1 氮摻雜缺陷石墨烯負載銅單原子的結構優(yōu)化
        3.2.2 銅單原子與氮摻雜缺陷石墨烯的結合能
        3.2.3 氮摻雜缺陷石墨烯負載銅單原子的電子結構
    3.3 本章小結
4 銅單原子催化劑催化二氧化碳加氫制甲醇機理研究
    4.1 模型與計算參數(shù)
    4.2 結果與討論
        4.2.1 不同反應路徑反應熱計算分析
        4.2.2 不同反應路徑過渡態(tài)計算分析
    4.3 本章小結
結論
參考文獻
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]以CO2為原料的綠色生物制造[J]. 王凱,賀明麗,王夢,譚天偉.  化工進展. 2019(01)
[2]甲醇作為車用汽油調合組分的利弊分析[J]. 宋利軍.  現(xiàn)代化工. 2018(08)
[3]國內(nèi)外甲醇市場分析及展望[J]. 蔣子龍,姜博洋,王金鵬,孫寶文.  化學工業(yè). 2017(06)
[4]二維材料限域單原子催化劑研究進展（英文）[J]. 王勇,張文華,鄧德會,包信和.  催化學報. 2017(09)
[5]二氧化碳回收及利用分析[J]. 徐立龍,任靜.  廣州化工. 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]二氧化碳捕集技術研究進展[J]. 劉書群,王龍龍,劉理華.  廣州化工. 2014(02)
[8]如何分析第一性原理的計算結果[J]. 李驥,張鳳英,王陽.  電腦知識與技術. 2010(14)
[9]CO2加氫合成甲醇及二甲醚研究進展[J]. 張建祥,趙彥巧,陳吉祥,王日杰,張繼炎.  天然氣化工. 2004(06)
[10]CO2加氫低壓合成甲醇催化劑CuO/ZnO/ZrO2的光電子能譜研究[J]. 徐征,毛利群,千載虎,盛世善,熊國興.  燃料化學學報. 1992(03)

博士論文
[1]一碳反應中Cu基催化劑的結構調變與催化性能調控研究[D]. 章日光.太原理工大學 2013

碩士論文
[1]鎳摻雜銅表面上二氧化碳合成甲醇機理的理論研究[D]. 張玲.河南師范大學 2018



本文編號：3562749