【摘 要】
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针对Ni(111)表面上因副产物CH3OH形成而导致CH4选择性低的问题,采用量子化学密度泛函理论(density functionaltheory,DFT)计算的方法,通过添加富电子的助剂La调节表面Ni原子
【机 构】
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太原科技大学化学与生物工程学院, 山西 太原030021太原理工大学 煤科学与技术教育部和山西省重点实验室, 山西 太原030024;
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针对Ni(111)表面上因副产物CH3OH形成而导致CH4选择性低的问题,采用量子化学密度泛函理论(density functionaltheory,DFT)计算的方法,通过添加富电子的助剂La调节表面Ni原子的电子状态,增大Ni的d电子平均能以增加La/Ni(111)表面的反应性,实现La与Ni的协同催化,从而提高CO甲烷化活性和CH4生成选择性.同时,基于DFT结果,以Microkinetic modeling模拟实验条件下CH4和CH3 OH的生成速率,结果表明,反应速率r随着温度升高而增大;在同一温度下,CH4生成速率r(CH4)远大于CH3OH的生成速率r(CH3OH),且SCH4在反应温度550～750 K内高达100％,表明在La/Ni(111)表面上的CO甲烷化过程中没有副产物CH3 OH的生成.究其原因,在电子水平上通过对CH4形成路径Path1、Path4、Path9和Path10所对应的关键中间体CO、HCO、CH2 O和COH进行Bader电荷和pDOS分析,发现C—O键明显弱化,C—O断键能垒显著降低,因而无CH3 OH生成的微观机理是La→Ni电子离域和La与O强相互作用而产生的“给电子诱导”效应.进一步通过La与邻近Ni原子的三维差分电荷密度分析得知,La原子的电荷损耗是沿着“La→Ni”方向,这就给出了助剂La与Ni协同催化CO甲烷化并高活性高选择性地生成CH4的微观解释.
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