铂表面甘油脱除羟基的从头算分子动力学研究

作     者：谢佳轩 刘健 杨波 Jiaxuan Xie;Jian Liu;Bo Yang

作者机构：上海科技大学物质科学与技术学院上海201210 

出 版 物：《Chinese Journal of Chemical Physics》 (化学物理学报（英文）)

年 卷 期：2022年第35卷第4期

页      面：611-618,I0010-I0016,I0149页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：This work was supported by Shanghai Rising-Star Program(20QA1406800) ShanghaiTech University。 

主　　题：甘油 氢解 从头算分子动力学 铂 

摘      要：随着生物质能源的开发,从生物柴油制备中大量获取的甘油成为热门的工业原材料.甘油可以通过氢解生成1,2-丙二醇和1,3-丙二醇两种丙二醇,这两种丙二醇都具有十分广泛的用途.实验上报道的众多相关金属催化剂中,铂具有性质稳定、不易失活、可活化氢分子提供氢原子等优点、此外甘油在铂上氢解生成1,2-丙二醇的选择性高于1,3-丙二醇.本文主要利用从头算分子动力学对甘油在Pt(111)和Pt(211)表面上发生的羟基解离过程进行了模拟计算,并对比分析了其自由能的变化和表面物种结构参数的变化,得出了以下结论:(i)密度泛函理论优化气相甘油分子结构的结果显示,氢键对于气相中分子的结构与能量有较大贡献,三个羟基形成三个分子内氢键结构时甘油分子能量最低;(1i)通过比较从头算分子动力学模拟得到的自由能能垒和反应自由能,可以得出,在Pt(111)和Pt(211)表面,末端碳_上的羟基比中间碳上的羟基更容易发生解离.这表明在类似的条件下,铂作为催化剂可以为1,2-丙二醇的生产提供更高的选择性,这与文献中报道的实验结果一致;(i)通过对从头算分子动力学模拟得到的初始吸附态和过渡态结构参数的分析,发现在羟基解离的过程中,C-C键的键长没有明显变化,而氧原子的相对位置以及氢键的长度有明显变化,且氢键长度的变化更加剧烈;(iv)通过比较从头算分子动力学研究所得的自由能能垒和结构参数的相关趋势发现,自由能能垒与初始吸附态和过渡态的氧原子间位置的变化量之间存在线性关系,而分子内氢键对自由能能垒的贡献可以忽略不计.氧原子间位置的变化越大,自由能能垒越高.