CexZr1-xO2固溶体催化剂催化CO2与甲醇合成碳酸二甲酯的DFT研究

项目名称： CexZr1-xO2固溶体催化剂催化CO2与甲醇合成碳酸二甲酯的DFT研究

项目编号： No.21506148

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2016

项目学科： 有机化学

项目作者： 申勇立

作者单位： 天津理工大学

项目金额： 18万元

中文摘要： 从CO2出发合成DMC工艺的研究，可以将CO2作为一种可循环利用的碳资源，对改善生态境具有重要意义。本项目拟定采用基于密度泛函理论(Density functional theory (DFT))的量子化学方法结合分子动力学方法，模拟CexZr1-xO2固溶体催化剂的结构，进而确定CexZr1-xO2固溶体催化剂的活性中心。并对该催化剂活性中心的电子结构进行详细的分析，预测反应物吸附位点，明确反应物在该催化剂表面的吸附以及活化情况。对催化剂表面甲醇与CO2反应生成甲基碳酸酯基(CH3OCOO)中间体以及CH3OCOO与甲醇反应生成DMC的反应机理进行量子化学计算，明确反应过程包含的所有基元过程，搜索其反应过渡态，计算活化能，明确反应的速率控制步骤，最终提出合理的反应路径并对固溶体中Ce、Zr离子的作用以及催化剂表面酸性位对催化剂催化活性的影响作出理论解释。

中文关键词： 量子化学计算；固溶体催化剂；二氧化碳；碳酸二甲酯；电子结构

英文摘要： The process for direct synthesis of DMC from CO2 and methanol benefits for the environment by using CO2 as a recycled carbon resource. Density functional theory and molecular dynamics methodology will be used to simulate the structure of CexZr1-xO2 solid solution, and determine the active site of the CexZr1-xO2 solid solution catalyst. The electronic structure of the catalyst activity center will be detailed analysis; also the adsorption sites for the reactants will be predicted. All adsorption and activation for reactants will be illustrated. We will carry out DFT study for the reaction mechanism of dimethyl carbonate synthesis from methanol and carbon dioxide catalyzed by CexZr1-xO2 solid solution catalyst. The main task including: search the transition state of the formation of CH3OCOO intermediate and DMC, calculate the activation energy, confirm the rate-limiting step and determine the reaction mechanism. Finally, the effects of Ce and Zr cation will be specified, and also the affection of acid sites to the catalytic activity will be illustrated.

英文关键词： quantum chemistry;solid solution catalyst;carbon dioxide;dimethyl carbonate;electronic structure