基于Gaussian的甲烷爆炸微观反应计算分析

作     者：王秋红 蒋夏夏 代爱萍 WANG Qiuhong;JIANG Xiaxia;DAI Aiping

作者机构：西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学化学与化工学院陕西西安710054 

出 版 物：《中国安全生产科学技术》 (Journal of Safety Science and Technology)

年 卷 期：2022年第18卷第6期

页      面：178-184页

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

基　　金：陕西省自然科学基础研究计划项目(2021JQ-565) 国家重点研发计划项目(2016YFC0800100) 国家自然科学基金项目(51504190) 

主　　题：甲烷爆炸 自由基 过渡态 热力学 

摘      要：为从微观热力学及动力学角度更深入了解甲烷爆炸微观反应机理,应用Gaussian软件DFT理论,B3LYP-D3(BJ)/6-31+G*水平对利用敏感性分析方法得出的甲烷爆炸反应简化机理中各驻点进行结构优化与频率计算,在M06-2X/def2-tzvpp水平上计算单电能,得到反应物、中间体、过渡态、产物的稳定构型及其参数、热力学数据,并计算得到各反应的焓变、吉布斯自由能变及自由能垒。研究结果表明:甲烷爆炸微观反应机理中基元反应1,9无过渡态,其他反应存在过渡态;基元反应1,4等为反应体系提供热量,保证甲烷氧化反应不断进行,反应1放热最多,焓变为-433.7 kJ·mol^(-1);关键自由基OH·的生成是反应3 O_(2)+H·→OH·+O·与反应4 O·+H_(2)→OH·+H·相互协同与促进的结果;反应3 O_(2)+H·→OH·+O·为该甲烷爆炸机理的决速步,自由能垒为312.4 kJ·mol^(-1)。研究结论可为深入研究甲烷爆炸微观反应机理和化学抑爆机理提供借鉴。