甲烷部分氧化制合成氣反應(yīng)中催化劑表面積碳的DFT研究.pdf

1、甲烷部分氧化反應(yīng)制合成氣近年來受到人們的廣泛重視。與貴金屬催化劑相比，Ni基催化劑具有低成本、高活性的優(yōu)點(diǎn)，在該反應(yīng)中具有工業(yè)應(yīng)用前景，但是該催化劑存在容易積碳的缺點(diǎn)。深入了解添加不同助劑對(duì)Ni基催化劑表面抗積碳性能的影響，并研究積碳的生長(zhǎng)機(jī)理，可以為該過程催化劑的研究提供幫助，具有重要的理論和實(shí)際意義。 本文采用基于密度泛函理論的量子化學(xué)計(jì)算方法，考察了甲烷部分氧化過程中Ni、Pt、NiPt合金和NiIr合金表面的抗積碳性能，

2、并進(jìn)一步研究了Ni表面積碳的生長(zhǎng)過程的可能機(jī)理。 通過考察甲烷部分氧化過程中對(duì)Ni基催化劑的積碳有重要影響的三個(gè)反應(yīng)過程，即CH→C+H、C+O→CO和C+C→C2，研究不同催化劑的抗積碳性能。計(jì)算了金屬(111)表面上三個(gè)反應(yīng)的活化能以及反應(yīng)物、過渡態(tài)和生成物的空間結(jié)構(gòu)和能量。結(jié)果表明，與其它(111)表面相比，NiIr(111)表面吸附物種具有不同的吸附位。與Ni(111)相比，NiPt(111)表面上C物種不易長(zhǎng)大，NiP

3、t催化劑對(duì)積碳的形成有一定的抑制作用；NiIr(111)表面CH物種容易活化解離，所生成的C物種不易長(zhǎng)大，且易生成CO，可很好地抑制積碳的發(fā)生。 本文研究了Ni(111)表面C物種生長(zhǎng)到C6物種的可能反應(yīng)路徑，計(jì)算得到了各個(gè)碳物種在Ni(111)表面的吸附能量和空間構(gòu)型數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，石墨碳的形成途徑起始于CH物種解離后生成的C物種，并逐個(gè)累積生長(zhǎng)成為C2、C3、C4、C5物種，最終形成石墨六碳環(huán)物種。在研究中還發(fā)現(xiàn)，與C物種逐