關(guān)于如何利用二氧化碳作為初始碳源來制備具有更高價值的甲醇研究一直以來是能源研究的前沿課題,我們?nèi)绻軌虬芽諝庵械亩趸細怏w進行捕獲然后將其和氫氣進行反應(yīng)生成甲醇,這不僅可以緩解溫室效應(yīng)等一系列的環(huán)境問題,同時還可以生成高儲氫密度的甲醇化學(xué)產(chǎn)品,而甲醇則也可以作為上游的化工基礎(chǔ)原料來合成其他許多重要的有機化工產(chǎn)品。在當前的甲醇合成基礎(chǔ)研究以及實際的工業(yè)化過程中,這一反應(yīng)所用的主要催化劑體系是銅系催化劑,而在最具有代表性的Cu/ZnO/Al2O3銅系催化劑表面,CO2加氫合成甲醇這一反應(yīng)的催化活性相以及其相應(yīng)的反應(yīng)機理問題近年來一直存在很多爭議,而我們的研究工作致力于解決這些關(guān)于表面反應(yīng)的活性爭議,通過采用密度泛函理論計算,我們深入研究了在真實的催化反應(yīng)條件下,Cu/ZnO/Al2O3催化劑中可能存在的Zn/Cu反應(yīng)表面、ZnO/Cu表面以及ZnOH/Cu三種活性相上CO2加氫的反應(yīng)機理。我們已經(jīng)證明,二氧化碳活化更有可能經(jīng)歷甲酸鹽的反應(yīng)路徑從而生成甲醇,而不是逆水氣轉(zhuǎn)換途徑達到最終產(chǎn)物。此外,催化劑表面的羥基通過降低反應(yīng)決速步HCOO和H3CO的加氫反應(yīng)能壘,從而使得甲醇合成反應(yīng)的活性... 

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 選題背景及意義
        1.1.1 二氧化碳的排放現(xiàn)狀
        1.1.2 二氧化碳的回收及利用
    1.2 二氧化碳加氫合成甲醇
        1.2.1 甲醇的性質(zhì)
        1.2.2 二氧化碳合成甲醇催化劑
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 二氧化碳加氫合成甲醇的理論研究
    1.5 選題思路及研究內(nèi)容
第二章 理論方法
    2.1 量子化學(xué)簡介
    2.2 密度泛函理論計算基礎(chǔ)
        2.2.1 Thomas-Fermi理論
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham定理
    2.3 交換相關(guān)泛函研究
        2.3.1 局域密度近似概念
        2.3.2 廣義梯度近似概念
    2.4 贗勢
        2.4.1 范數(shù)守恒贗勢
        2.4.2 超軟贗勢
    2.5 計算軟件簡介
第三章 Cu/ZnO/Al_2O_3表面的反應(yīng)機理研究
    3.1 研究背景及意義
    3.2 Zn/Cu(211)、ZnO/Cu(211)、ZnOH/Cu(211)建模
        3.2.1 Cu(211)和Cu(111)的表面能計算
        3.2.2 參數(shù)設(shè)置及模型優(yōu)化
    3.3 CO_2合成甲醇的反應(yīng)路徑
        3.3.1 甲酸鹽反應(yīng)路徑
        3.3.2 RWGS+CO加氫反應(yīng)路徑
    3.4 最佳反應(yīng)路徑
第四章 Zn/Cu、ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相的機理比較
    4.1 Zn/Cu和ZnO/Cu活性位點的爭端
    4.2 ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相的形成
    4.3 Zn/Cu、ZnO/Cu和ZnOH/Cu活性相機理的比較
        4.3.1 三種活性相上的相對反應(yīng)能量和路徑比較
        4.3.2 三種活性相上的相對能量校正以及吉布斯自由能路徑
    4.4 電荷分析
    4.5 反應(yīng)速率分析
    4.6 本章結(jié)論
第五章 關(guān)于在鋅團簇上CO2加氫制甲醇的DFT理論研究
    5.1 鋅團簇的研究背景及意義
    5.2 Zn_1/Cu(111)、Zn_3/Cu(111)、Zn_3O/Cu(111)建模
    5.3 反應(yīng)中間體和過渡態(tài)
    5.4 CO_2在Zn_1@Cu,Zn_3@Cu表面的分解
    5.5 CO生成甲醇反應(yīng)路徑
    5.6 Zn_1@Cu、Zn_3@Cu、Zn_3O@Cu催化劑表面反應(yīng)機理的比較
    5.7 本章結(jié)論
第六章 結(jié)論與展望
參考文獻
致謝
研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者及導(dǎo)師簡介
附件


【參考文獻】：
期刊論文
[1]二氧化碳加氫制備甲醇技術(shù)進展[J]. 史建公,劉志堅,劉春生.  中外能源. 2018(09)
[2]催化二氧化碳直接加氫制備甲醇研究新進展[J]. 陳景潤.  山東化工. 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)

碩士論文
[1]基于分子篩封裝Pt的催化材料性能研究[D]. 劉帆.太原理工大學(xué) 2016
[2]Cu基催化劑上CO/CO2加氫制備甲醇的理論研究[D]. 李靜.太原理工大學(xué) 2016



本文編號：3689747