乙醇在Co(111)表面脱氢反应机理的第一性原理研究 8900字 Paper Free 5%.doc

乙醇在Co(111)表面脱氢反应机理的第一性原理研究付雯雯a，李严*,b,梁长海*,a(a大连理工大学石油与化学工程学院精细化工国家重点实验室,盘锦124221)(b辽宁科技大学化学工程学院，辽宁鞍山114051)摘要本篇论文，主要基于密度泛函理论，并且通过周期平板模型，针对Co(111)表面存在的乙醇脱氢，所涉及到的具体反应机理，进行了更深层次的细致研究。与此同时，针对反应过程中的多样化物种，在其表面形成的相异吸附位、桥位及其三重空穴位的综合吸附模型，实现了良好的结构优化，除此之外，根据相关能量计算，求解得知多样化物种所对应的最佳吸附位点。计算结果表明CH3CH2OH在Co(111)表面的脱氢反应可具体描述为三条反应路径：反应路径Ⅰ为CH3CH2OH逐步脱氢生成CH3CHO最终生成CH4和CO的反应；反应路径Ⅱ为CH3CH2OH脱氢产生的CH3CH2O和CH3CHO相互作用通过CH3COOH分子最终生成CH4和CO2的反应；反应路径Ⅲ为CH3CH2O和CH3CO作用生成CH3COOC2H5的过程，其中，反应路径Ⅰ为最优路径(CH3CH2OH→CH3CH2O→CH3CHO→CH3CO→CH3+CO→CH2→CH→CH4+CO+C+H)，该反应路径中的CH3CH2O脱氢生成CH3CHO为速控步骤，反应能垒为1.61eV。关键词第一性原理；乙醇；Co(111)表面；脱氢；吸附DehydrogenationMechanismofEthanolonCo(111)Surface:AFirst-principlesStudyFu,WenwenaLi,Yan*,bLiang,Changhai*,a(aStateKeyLaboratoryofFineChemicals,SchoolofPetroleumandChemicalEngineering,DalianUniversityofTechnology,Panjin124221,China)(bSchoolofChemicalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyLiaoning，Anshan114051,China)AbstractThedetailedreactionmechanismofethanoldehydrogenationonCo(111)surfacewasstudiedusingthedensityfunctionaltheory(DFT)andslabperiodicmodel.Thestructuresandenergiesofthespeciesinvolvedinthereactionadsorbedondifferentadsorptionsites(top,fcc,hcpandbridgesites)ofthesurfacewascalculatedandcompared.Confirmedthemoststableadsorptionsiteforeachadsorbedspecies.ThecalculationresultsshowthatthedehydrogenationreactionofethanolonCo(111)surfacecanbedescribedasthreereactionpathways:PathIisthereactioninwhichethanolisgraduallydehydrogenatedtoformCandCO;PathIIisthereactionofCH3CH2OandCH3CHOwhichgeneratedbydehydrogenationofethanol,toformCH4andCO2;PathIIIisCH3CH2OreactswithCH3COtogenerateCH3COOC2H5.PathI(CH3CH2OH→CH3CH2O→CH3CHO→CH3CO→CH3+CO→CH2→CH→CH4+CO+C+H)ismorefavorablethanPathsIIandIIIandthedehydrogenationofCH3CH2OtoCH3CHOistherate-determiningstepwith