论文部分内容阅读
采用DFT方法研究了Fe+催化N2O氧化乙烷的反应机制,同时对反应的副产物进行了研究,并对反应中主要物质的电子结构进行了分析.此催化反应的实质主要是过渡金属离子对乙烷中C-C键、C-H键的活化.反应的第一步是Fe+ (6D)抽取N2O中的氧生成FeO+,同时释放出42.82kcal/mol的能量.第二步是FeO+同乙烷反应,在此过程中,我们探测到两种反应途径：其中之一生成Fe+和C2H5OH,释放9.92kcal/mol的能量[Fe+(6D)]；另外一种是生成Fe+(C2H4)和H2O,释放出37.83kcal/mol [Fe+(6D)]的能量,这与实验结果相吻合,其中第二种是主要的反应途径,在生成物中约占70％.反应的第三个步骤是N2O氧化Fe+ (C2H4),首先Fe+ (C2Hh4)从N2O中抽取O,继而形成四元环,最后生成CH3CHO和Fe+.反应共释放46.53 kcal/mol的能量[Fe+(6D)].我们通过研究发现,这步反应中存在着副反应,生成环氧乙烷的同时释放16.49kcal/mol能量,这一结论需要实验的进一步验证.在催化环中副产物Fe(OH2)+进一步被N2O氧化生成Fe(OH)2+,释放77.50kcal/mol[Fe+(6D)]热量,有利于推动整个反应的进行.若Fe(OH)2+可以转化为FeO(H2O)+,在实际反应中通过加热生成Fe+,对反应环的连续进行和提高Fe+周转率将有着重要的意义.