CH4-CO2等温两步梯阶反应合成乙酸的热力学、动力学研究

运用量子化学密度泛函理论计算方法，结合FT-IR、XPS等实验手段，以CH4-CO2两步梯阶转化直接合成乙酸反应为主要研究目标，从微观结构、热力学和动力学角度阐明两步反应过程的内在作用机理，准确、定量地描述表面物种CHx溢流与两步反应中表面金属碳化物成因、类型和分布的关系。建立一套描述CH4-CO2两步法反应热力学、动力学的基础理论，包括CHx与金属表面、CHx与CO2作用的机理、CHx溢流及溢流过程对两步反应的影响。研究结果达到在实践上有较高的可靠性，可以与实验谱图数据类比；在理论上有以微观结构参量和本征反应细节为基础的确定性，阐明两步反应热力学、动力学的基础；建立一个能够比较准确地描述两步反应热力学、动力学的模型体系和方法。

运用量子化学密度泛函理论计算方法，以CH4-CO2两步梯阶转化直接合成乙酸反应为主要研究目标，从微观结构、热力学和动力学角度阐明了两步反应过程的内在作用机理，建立了一个能够比较准确地描述两步反应热力学、动力学的模型体系和方法，包括CHx与金属表面、CHx与CO2作用的机理、CHx溢流及溢流过程对两步反应的影响。研究结果确定了3类能够准确描述两步梯阶反应热力学和动力学特征的金属催化剂反应模型，并在电子水平上阐明了两步梯阶反应体系中的热力学问题，同时，确定了两步梯阶反应体系中的动力学机理，准确、定量地描述了表面物种CHx溢流与两步反应中表面金属碳化物成因、类型和分布的关系。研究结果达到在实践上有较高的可靠性，可以与实验谱图数据类比；在理论上有以微观结构参量和本征反应细节为基础的确定性，阐明两步反应热力学、动力学的基础；最后，研究结果获得了等温条件下CH4-CO2两步梯阶反应合成乙酸适宜的金属催化剂，且部分催化剂已被实验证实具有较好催化性能，研究结果可为新型催化剂的筛选和设计提供比较准确的指导方案；依托青年科学基金研究结果，发表SCI收录论文21篇。此外，青年科学基金研究表明CO2与H作用容易生成CO和OH，结合实验产物没有检测到CO这一事实，认为CO插入CHx并与OH作用形成CHxCOOH，进一步加氢生成乙酸，因此，本项目提出甲烷-合成气两步梯阶反应合成乙酸的研究内容，该研究内容获得2012年国家自然科学基金的连续资助。