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苯和吡啶在铜族金属表面吸附的理论研究

曹梅娟  
【摘要】: 由于在石油化工和环境保护方面的广泛应用,芳香分子在过渡金属表面的吸附成为人们研究的热点。这些研究工作主要集在第Ⅷ族的金属元素,对于第ⅠB族金属催化活化不饱和碳氢化合物的研究最少。本论文主要研究一些重要的具有代表性的不饱和化合物分子在铜族过渡金属(100)、(111)表面吸附活化的本质,主要研究内容及其结果如下: 一、采用局域密度泛函理论及平板模型方法研究了苯分子在Cu(100)表面的吸附。计算表明,苯分子在表面穴位的吸附为最优吸附构型,确定了苯分子在Cu(100)表面的活性吸附位。采用上述方法研究了不同覆盖度下苯分子在Cu(100)表面的吸附方向,计算表明在高覆盖苯分子倾斜吸附,高覆盖度下苯分子水平吸附,二者相比前者具有较高的反应活性。对苯分子在Cu(111)表面吸附的机理进行了研究,轨道计算验证了实验结果,并提出了新的成键机理。 二、探讨了苯在Ag(100)表面的吸附,计算的吸附能表明,苯分子在穴位吸附能最低,吸附构型发生扭曲,说明苯分子在穴位具有较强的反应活性的。轨道和Mulliken电荷分析表明苯的π电子向底物转移和Ag的4d轨道电子反馈给苯的π*反键轨道形成新化学键,二者的作用均削弱了苯分子的芳香键,使苯分子活化,这种活化体使苯催化加氢比较容易。 三、探讨了苯分子在Au(100)表面的吸附情况。计算发现,苯分子在穴位吸附构型类似于1,4-环己二烯的构型。轨道分析发现苯分子的轨道简并度降低,苯分子的LUMO轨道和邻近Au原子的轨道叠加比较好,两个对位的C原子和表面的Au原子形成了σ键。 四、采用局域密度泛函(LDA)结合周期平板模型研究了吡啶分子在Cu(100)表面的吸附构型。平行吸附的吡啶分子构型发生扭曲,以N端垂直吸附的吡啶分子构型没有明显改变。


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