Co_3O_4纳米晶催化氧化甲烷的理论研究:C–H键活化的晶面效应及活性中心(英文)

【摘要】：甲烷是一种在自然界中大量存在的原材料,在取代原油和合成重要化工产品等许多领域具有潜在的应用价值.然而,由于CH4中C–H键的键能特别大(约~4.5 eV),如何实现甲烷的绿色有效转化在化学化工领域仍然是一个挑战.本文采用密度泛函理论对Co3O4(001)和(011)晶面活化甲烷C–H键的机理进行了理论研究,得到了如下结论:(1)CH4的C–H键在Co3O4晶面的解离具有很高的活性,只需要克服大约1 eV的能垒;(2)与Co2+相连的Co–O离子对是CH4活化的活性位点,其中两个带正负电荷的离子对C–H解离起着协同作用,帮助产生Co–CH3和O–H物种;(3)(011)面的反应活性明显大于(001)面,与实验的观察一致.本文的计算结果表明,Co3O4纳米晶面对CH4中C–H键的活化表现出明显的晶面效应和结构敏感效应,Co?O离子对活性中心对于活化惰性的C–H键发挥了关键作用. 【作者单位】： 清华大学化学系;中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室;
【关键词】： C–H键活化 甲烷氧化 晶面效应 微观动力学分析 离子对活性中心
【基金】：supported by the State Key Project of Fundamental Research for Nanoscience and Nanotechnology (2011CB932401) the National Natural Science Foundation of China (21221062, 10979031)~~
【分类号】：O643.32
【正文快照】： 1. Introduction Methane is the main constituent in natural gas and it is abundant in nature. The conversion of methane to the more useful methanol or other liquid fuels has attracted extensive interest in energy production and transportation fuels for se

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