国家自然科学基金(21373169) 作品数:12 被引量:19 H指数:2 相关作者: 夏文生 万惠霖 翁维正 王雅莉 陈蓉芳 更多>> 相关机构: 厦门大学 更多>> 发文基金: 国家自然科学基金 长江学者和创新团队发展计划 国家重点基础研究发展计划 更多>> 相关领域: 理学 石油与天然气工程 化学工程 更多>>
羟基氧化铟团簇与二氧化碳和甲烷作用的密度泛函理论研究 被引量:1 2022年 二氧化碳(CO_(2))和化石能源气体燃料甲烷(CH_(4))均是化学稳定、温室效应较大的分子,因而对其活化、转化和利用的研究具有显著的理论和实际意义.本文采用密度泛函理论方法,计算研究了羟基氧化铟团簇与CO_(2),CH_(4)和(CO_(2)+CH_(4))的作用.结果表明,氧化铟团簇通过其活性位点—In—O(桥氧)—对CO_(2)和CH_(4)分子进行[2+2]加成活化,而羟基的引入调变了氧化铟团簇活性位点上的局部电荷,显著降低了其与CO_(2)和CH_(4)分子作用的活化自由能垒,使得CO_(2)和CH_(4)分子的活化变得容易进行.活性位点—In—O(桥氧)—中的In,O上的局部电荷差值(q_(In)-q_(O))越大,其对CO_(2)和CH_(4)分子作用的活化自由能垒越低.羟基氧化铟与CO_(2)和CH_(4)分子作用时,电子由羟基氧化铟流向CO_(2)和CH_(4)分子(亲核活化);而羟基引入前的氧化铟与CO_(2)和CH_(4)分子作用时,电子则由CO_(2)和CH_(4)分子流向氧化铟(亲电活化). 何鸿锐 夏文生 张庆红 万惠霖关键词:二氧化碳 甲烷 密度泛函理论 POM反应中SiO2负载Ni基催化剂积/消炭效应的理解:理论和实验 被引量:1 2015年 针对甲烷部分氧化(partial oxidation of methane,POM)制合成气反应中SiO2负载Ni基催化剂表面易积炭的问题,从理论计算和实验研究的角度进行了探讨.理论计算结果表明,金属Ni粒径的减小可以降低表面积炭,而部分氧化的金属Ni可以提高表面消积炭的能力.实验结果表明,浸渍法制SiO2负载Ni基催化剂,在引入Y后,呈现出良好的POM稳定性.其原因为,Y以Y2O3形式存在,Ni的颗粒粒径减小,有助于提高金属表面的抗积炭和消积炭能力. 夏文生 陈蓉芳 王雅莉 李琪 翁维正 万惠霖关键词:SIO2 NI 甲烷部分氧化 积炭 磷酸盐的添加对甲烷氧化偶联反应镧基催化剂的影响 被引量:1 2018年 采用柠檬酸法制备了不同含量磷酸盐修饰的镧基催化剂,考察了磷酸盐的添加对镧基催化剂甲烷氧化偶联反应(OCM)活性的影响,并借助X射线衍射(XRD)、O_2-程序升温脱附(O_2-TPD)及X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的理化性质进行了表征.结果表明,随着磷酸盐加入量的增大,催化剂样品的粒径逐渐减少,催化剂的物相由La_2O_3向La_3PO_7和LaPO_4逐步转变.当催化剂的物相由La_2O_3和适量的La_3PO_7构成时,催化剂具有较多的表面缺陷位点数和较大的亲电氧物种/晶格氧物种比值,并呈现出良好的OCM反应性能. 白燕 夏文生 翁维正 连孟水 赵明全 万惠霖关键词:磷酸盐 甲烷氧化偶联 氧化镧 Pd掺杂CeO2团簇活化甲烷C-H的密度泛函理论研究 被引量:1 2020年 采用密度泛函理论(DFT)计算了甲烷在Pd掺杂的CeO2团簇(PdCeO4^2-和PdCe2O6^2-)上的活化情况.计算结果表明:Pd掺杂使CeO2团簇活化甲烷的能力增强;单重态Pd掺杂CeO2团簇活化C—H的能力总体上强于三重态团簇,而且团簇的构型和自旋多重度对反应能垒的影响较大;单重态团簇活化甲烷时反应过渡态为Ce(Pd)、O、H、C四中心结构,遵循四中心加成机理,最优活性位是在六元环团簇PdCe2O6^2--A(S)的Pd—O(B2)位点,活化能垒仅为39.2 kJ/mol;而三重态团簇活化甲烷时遵循氢摘除机理,过渡态由C、O、H三原子构成.此外,电荷分布和前线轨道分析结果表明,Pd掺杂CeO2团簇活化甲烷时电子由团簇流向甲烷. 李倩倩 陈蓉芳 夏文生 万惠霖关键词:甲烷 密度泛函理论 活化机理 Ca,Sr共掺杂铈氧化物及其在甲烷氧化偶联反应中的应用 被引量:4 2016年 采用柠檬酸法制备了Ca,Sr共掺杂的CeO_2催化剂,发现共掺杂催化剂较单掺杂或未掺杂催化剂呈现出更好的催化甲烷氧化偶联(OCM)反应性能.通过表征可知,Ca,Sr共掺杂催化剂的物相为CeO_2和SrCO_3,Ca高度分散或掺杂于CeO_2之中;CeO_2的粒径明显变小;表面呈中等程度碱性;Ce基催化剂上的亲电氧物种数量随着碱土金属的掺杂而增大,亲电氧物种与晶格氧摩尔比(O_2-2+O-2)/O-2的大小顺序(CeSrCa>Ce Sr>CeO_2)与C2选择性一致;且SrCO_3相的存在有助于Ce基氧化物催化甲烷氧化偶联反应(OCM)性能的改善. 杨艳玲 董玲玉 夏文生 万惠霖关键词:碱土金属 掺杂 CEO2 碳酸盐 甲烷氧化偶联 预处理条件对La2O3上过氧物种光诱导生成的影响 被引量:1 2014年 采用原位显微Raman光谱技术详细考察了焙烧温度和焙烧时间对La(OH)3分解制备的La2O3结构以及过氧物种光诱导生成性能的影响,结果表明,经700℃焙烧所得La2O3样品较经800℃以上长时间焙烧的样品更有利于过氧物种的生成.对La(OH)3热分解过程的原位XRD测试结果表明,焙烧温度需达到近700℃才可使La(OH)3完全转化为La2O3.在700℃焙烧的样品上,除了六方相的La2O3外,还可检出介稳态的立方相La2O3.经800℃以上长时间(≥5 h)焙烧后,介稳态的立方相La2O3将转化为稳定的六方相La2O3物种.在相同的实验条件下,立方相的稀土倍半氧化物较六方相更有利于过氧物种的光诱导生成,其原因可能源于前者含更多氧空位,因而更有利于对分子氧的吸附和活化. 李建梅 景孝廉 翁维正 常泽英 安冬丽 夏文生 万惠霖关键词:氧化镧 相结构 光诱导反应 中性团簇(CeO_2)_m(m=1~3)活化甲烷C—H的密度泛函理论计算 被引量:4 2015年 采用密度泛函理论(DFT)计算了CH4在电中性(Ce O2)m(m=1~3)团簇上的活化情况,并对其机理进行了探讨.计算结果表明,甲烷C—H键在团簇上的活化为亲核加成模式,电子由团簇流向甲烷C—H反键轨道,使甲烷C—H键削弱而得以活化,反应的过渡态为四中心结构.团簇的桥氧位活化甲烷C—H键的活性大于端氧位,而三重桥氧位的活性高于二重桥氧位.团簇中作用位点Ce和O原子的电荷布居与其活化甲烷C—H的能力密切相关.溶剂的存在不仅降低了甲烷C—H活化自由能垒,而且使与甲烷作用的团簇各位点的活性差异缩小. 陈蓉芳 夏文生 万惠霖关键词:二氧化铈 甲烷 密度泛函理论 CeO2及金属掺杂CeO2上氧物种转化与稳定性的理论研究 在空气和地壳中占有重要地位的氧与人们的生活和工业生产密切相关,并以不同的形式存在,如O、O-、O2、O2-、O2-、O22-、O32-等。这些氧物种的结构和电子性质具有明显的不同,在催化反应中呈现出不同的作用特性,会影响... 李倩倩关键词:二氧化铈 掺杂 氧物种 文献传递 Ni/SiO2在甲烷部分氧化反应中的稳定性:W修饰的影响 被引量:1 2019年 甲烷部分氧化制合成气反应(POM)是天然气、页岩气资源利用的重要途径之一,常用的Ni/SiO2催化剂在反应中易发生表面积炭而失活。为了解决这一问题,我们采用尿素沉淀法制备W修饰的Ni基催化剂,并考察其在POM反应中的稳定性和W的作用。结果表明,催化剂中适量W的存在可显著改善其POM反应稳定性。其原因为Ni-W作用修饰了Ni的化学态或其亲氧能力,从而改善了其表面抗积炭能力。此外,反应中催化剂表面形成的α-WC具有一定的抑制表面积炭形成的能力,且该α-WC具有良好的稳定性。 连孟水 王雅莉 赵明全 李倩倩 翁维正 夏文生 万惠霖关键词:甲烷部分氧化 稳定性 NI基催化剂 氧化镧表面反应性对甲烷和氧分子活化的影响 被引量:2 2019年 以氧化镧催化剂在甲烷氧化偶联(OCM)反应中的结构敏感性实验研究为基础,采用周期性密度泛函理论(DFT)计算研究氧化镧(001),(110)和(100) 3个晶面及OCM反应物分子甲烷和氧在其上的吸附、活化和解离.结果表明,氧化镧(001),(110)和(100) 3个晶面的表面能大小顺序为(110)>(100)>(001),3个晶面的价带和导带间隙大小顺序为(110)<(100)<(001),即(001)是3个晶面中最稳定的晶面,而(110)则是最活泼的晶面.甲烷分子在氧化镧(001),(110)和(100)晶面上的吸附很弱(~0. 03 e V),H—CH3解离吸附能分别为2. 16,0. 68和0. 90 e V,解离反应的难易性与晶面的活性顺序一致;而氧分子在氧化镧(001),(110)和(100)晶面上的分子吸附能分别为-0. 04,-0. 31和-0. 12 e V,解离吸附能分别为1. 22,0. 53和1. 52e V,即氧化镧晶面结构对氧分子吸附具有明显的影响,其中,(001)晶面上吸附最弱,(110)晶面上吸附最强,以致O—O在(110)晶面上可以较低能垒(0. 53 e V)解离,形成亲电的过氧物种.由于氧分子在氧化镧表面的吸附较甲烷分子强,因此,氧化镧在OCM反应中结构敏感性应与氧分子的吸附和活化密切相关.甲烷和氧分子在氧化镧表面上活化的本质源自于电子自表面流向甲烷和氧分子的反键轨道,且表面结构的改变会导致不同强度的电子流动驱动. 程文敏 夏文生 万惠霖关键词:氧化镧 甲烷 氧 密度泛函理论