分會

第二十分會：固體表界面化學與多相催化

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。現(xiàn)有研究表明，在催化丙烷的氧化脫氫反應中，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算方法，對不同的氮化硼結(jié)構(gòu)進行模擬研究3。通過對空穴、邊緣和氧官能團等構(gòu)型的考察，確定了硼原子可以有效活化C-H鍵。在此基礎上，計算第一個C-H鍵斷裂的反應能壘，確定有效活性中心，并對位于氮空穴和鋸齒形硼邊緣發(fā)生的氧化脫氫反應的反應路徑進行了完整描述，指明了各個反應中心的活性位重生過程。在這項工作中，通過對氮化硼上的硼、氮、氧的電荷分析分析解釋了不同構(gòu)型催化劑對C-H鍵的活化機制。而有關(guān)乙炔的氫氯化反應，現(xiàn)有文獻指出，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，并對其催化活性進行計算研究。當引入碳原子后h-BN可以有效活化乙炔并合成目標產(chǎn)物氯乙烯。基于對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;氫氯化反應;缺陷;摻雜

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