分會(huì)

第二十分會(huì)：固體表界面化學(xué)與多相催化

摘要

六方氮化硼（h-BN）是一種具有類石墨烯結(jié)構(gòu)的二維材料，具有優(yōu)良的化學(xué)性質(zhì)，是一種理想的催化材料。近十年來，不同形貌的氮化硼已成功地應(yīng)用于一些重要的工業(yè)催化過程，如丙烷脫氫1和乙炔氫氯化2等等?，F(xiàn)有研究表明，在催化丙烷的氧化脫氫反應(yīng)中，六方氮化硼（h-BN）與傳統(tǒng)金屬催化劑相比具有更高的選擇性，且無催化劑積碳失活現(xiàn)象。本工作通過使用基于第一性原理和密度泛函理論的計(jì)算方法，對(duì)不同的氮化硼結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬研究3。通過對(duì)空穴、邊緣和氧官能團(tuán)等構(gòu)型的考察，確定了硼原子可以有效活化C-H鍵。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算第一個(gè)C-H鍵斷裂的反應(yīng)能壘，確定有效活性中心，并對(duì)位于氮空穴和鋸齒形硼邊緣發(fā)生的氧化脫氫反應(yīng)的反應(yīng)路徑進(jìn)行了完整描述，指明了各個(gè)反應(yīng)中心的活性位重生過程。在這項(xiàng)工作中，通過對(duì)氮化硼上的硼、氮、氧的電荷分析分析解釋了不同構(gòu)型催化劑對(duì)C-H鍵的活化機(jī)制。而有關(guān)乙炔的氫氯化反應(yīng)，現(xiàn)有文獻(xiàn)指出，碳納米管上摻雜硼、氮原子可有效催化乙炔向氯乙烯轉(zhuǎn)化4，在此基礎(chǔ)上在氮化硼中摻雜碳原子以改善其催化活性。通過在不同位置摻雜碳原子，得到了含有不同活性中心的催化劑，并對(duì)其催化活性進(jìn)行計(jì)算研究。當(dāng)引入碳原子后h-BN可以有效活化乙炔并合成目標(biāo)產(chǎn)物氯乙烯?；趯?duì)摻雜碳原子的電子結(jié)構(gòu)分析，獲得了摻雜后的氮化硼活性中心的分軌道態(tài)密度和差分電荷密度。這些結(jié)果顯示由碳原子的引入使得硼、氮原子的雜化軌道和電子分布發(fā)生了變化，使得其擁有了活化乙炔分子的能力。

關(guān)鍵詞

氮化硼;氧化脫氫反應(yīng);氫氯化反應(yīng);缺陷;摻雜

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