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《太原理工大学》 2011年
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CO_2在La_2O_3(001)表面的解离

丁方园  
【摘要】:CH4/CO2重整反应是碳一化学中重要课题之一,对缓解能源危机、减少温室气体排放以及改善环境具有重要的意义。但是积碳问题一直影响着CH4/CO2重整反应催化剂的活性和稳定性,制约着其工业化进程。实验研究发现La2O3能催化CO2解离,解离产生的氧物种是消除积碳的关键物种。 本论文采用量子化学密度泛函理论(DFT)计算方法,研究了CO2在稳定的La2O3(001)表面的解离过程,以及解离生成的O、OH物种和C物种在表面的迁移过程。 通过对CO2解离的研究发现,CO2在完美的La2O3(001)表面直接解离(CO2*→O*+CO),其解离活化能为378.4kJ·mol-1;当表面有预吸附的H存在时,CO2在完美的La2O3(001)表面先生成COOH中间体,然后生成的COOH中间体解离生成OH和CO(CO2*+H*→COOH*→OH*+CO),其速控步活化能为138.1 kJ·mol-1;当La2O3(001)表面有氧空缺存在时,CO2按如下方式解离:CO2*+Ov-Surf.→CO+Surf.(Ov-Surf.表示氧空缺表面,Surf.表示完美表面),解离的活化能为68.7 kJ·mol-1。结果表明:预吸附的H和表面氧空缺的存在都降低了CO2的解离活化能,使得CO2容易解离生成氧物种,从而使积碳消除。 我们还考察了O、OH和C物种在表面的迁移能垒。计算得到它们在完美的La2O3(001)表面迁移的活化能分别为144.8 kJ·mol-1、29.3 kJ·mol-1和239.4 kJ·mol-。显然,OH和O比C更容易在表面迁移,也就是说,OH和O快速迁移到C附近并与其反应,从而使积碳消除;另一方面,C物种很难在表面迁移,因此它不容易在催化剂表面聚合而生成积碳。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O647.31

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【参考文献】
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