基于DFT模拟不同拓扑结构分子筛的氨氧化机理

作     者：孙雪莉 王昊 张润铎 Sun Xueli;Wang Hao;Zhang Runduo

作者机构：化工资源有效利用国家重点实验室北京100029 能源环境催化北京市重点实验室北京100029 北京化工大学化学工程学院北京100029 

出 版 物：《工业催化》 (Industrial Catalysis)

年 卷 期：2019年第27卷第4期

页      面：39-46页

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(U1862102) 中央高校基本科研业务费项目(XK1802-1 JD1819) 

主　　题：催化化学 氨气选择性催化氧化 分子筛 拓扑结构 反应机理 DFT计算 

摘      要：采用铜离子交换后的分子筛对NH_3具有较好的N_2选择性和催化氧化脱除效果,但对于不同拓扑结构分子筛上氨氧化机理间的对比研究鲜有报道。研究了三种不同拓扑结构(MFI、BEA、MOR)分子筛上NH_3的催化氧化性能,并借助密度泛函理论(DFT)对反应机理进行详细阐释。三种分子筛的氨氧化机理对比研究结果表明,离子交换率相同的条件下,MFI构型的Cu-ZSM-5分子筛在300℃时,NH_3转化率高达90%,是三种分子筛中NH_3催化净化效果最好的催化剂。DFT计算结果表明,反应机理包括以下三部分:(1)吸附气态NH_3分子,随后与活性氧原子作用生成OHNH_2;(2)通过E-R机理,由生成的OHNH_2和气相的NH_3分子反应生成中间物种N_2H_4;(3)N_2H_4物种和活性氧原子继续作用,逐步脱氢,最后生成N_2和H_2O。通过反应路径活化能计算明确OHNH_2物种的生成所需能量最高,是反应的速控步骤。