苯酚在铂(111)与钯(111)表面加氢和脱氧理论研究

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1、Ｖ．７巧ｆ感矣摩乂爹ＴＩＡＷＪＩＴＹＩＭＵＭＩＶＥＰＳ中国第－所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５Ｌ．碱＊自Ｈ■，ｉＬｗ…Ｖ．襲。Ｂ．：１■＊－：？藤＇旨儀＊．Ｊｆｅｐ．．硕±学位论文化学工艺－学科专业；作者姓名：李高峰指导教师：韩金玉教授－．ｍｍｔ：ｍ：Ｓｈ天津删究生院２０１５年５月ＪＭｆｃ．．聲ＩＴ＾声嗎．．Ｉ＾９苯酚在铂(111)与钯(111)表面加氢和脱氧理论研究TheoreticalStudyonHydrogenati

2、onandDeoxygenationofPhenolonPt(111)andPd(111)Surfaces学科专业：化学工艺研究生：李高峰指导教师：韩金玉教授天津大学化工学院二零一五年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而巧用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的巧巧并表示了谢意。－学位论文作者签名签字日期：年月之＾日＾化ｉ；学位论文

3、版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天、津大学将学位论文的全部或部分内容编入有关数据庙进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构這交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签各导师签各；签字日期：年－月２日签字日期：文口方年ｒ月曰５；／１、＾三＾摘要随着经济的发展和社会的进步，未来对能源的需求量将会不断增长。传统能源的日益枯竭使得能源安全日益严峻。生物质能源是一种新型可再生能源，其具有可再生、环保、地域限制小等

4、优点，越来越受到人们重视。苯酚类化合物加氢和加氢脱氧工艺是将生物质木质素转化为燃料和化学品的关键步骤。本文应用密度泛函理论研究生物质木质素模型化合物——苯酚在Pt(111)表面与Pd(111)表面的吸附、解离、加氢反应，以及苯酚在Pt(111)表面脱氧反应。结果表明，苯酚在Pt与Pd表面吸附结构相似，苯环倾向于以混合作用吸附于金属表面。苯酚中的羟基与氢均倾斜向上，指向远离表面方向。在Pd表面，苯酚解离生成苯氧基与共吸附的氢原子的反应既是热力学有利过程也是动力学有利过程。但是在Pt表面该反应在热力学、动力学上均为不利过程。在Pd表面苯氧基是通过苯环上的碳原子与氧原

5、子共同吸附。但是在Pt表面，苯氧基的氧原子无法与Pt金属吸附，该原子被排斥，远离金属表面。在Pt催化剂表面，苯酚加第一个氢的反应活化能为0.49eV，该能量低于苯酚解离成苯氧基，再在苯氧基的苯环上加氢的总反应能垒。这使得在Pt催化剂上苯酚直接加氢生成环己醇为主要反应路径。但在Pd催化剂上，苯酚直接加氢的反应能垒为1.22eV，该反应能垒比苯酚解离成苯氧基再加氢的总反应能垒(0.85eV)高。这会导致在Pd催化剂上，苯氧基加氢生成环己酮为主要反应路径。微观动力学分析证实了上述结论，该结果也与实验观察值相吻合。本文初步研究了在Pt(111)表面，苯酚电子离域化效应对C-O

6、键断裂难易的影响。发现，苯环电子离域化效应对C-O键强弱有显著作用。当苯酚邻位碳加氢后，C-O键由1.36Å增长至1.37-1.39Å，于此同时脱羟基反应活化能由苯酚的2.61eV降低至2.04-2.14eV。进一步在邻位碳加氢，使得C1原子中电子完全局域化，C-O键增长至1.40Å，脱羟基活化能降低至1.70eV。当苯环饱和加氢，尽管C-O键长仍为1.40Å，但由于空间效应，脱羟基反应活化能降低至0.76eV。上述结果有力地证明了苯酚电子离域化效应对苯酚脱氧反应有着重要的影响。关键词：苯酚铂钯选择加氢脱氧密度泛函理论ABSTRACTWiththedeveloping

7、ofthesocietyandeconomy,theenergydemandwillincreaserapidlyinthefuture.However,traditionalenergyresourcescannotmeetthedemandofmodernsociety,becausefossilenergywillbeexhaustedsoon.Itisaveryseveresituationforourhumanbeings.Biomasshasbeenpaidmoreandmoreattentionbecauseitisanewenergy