Al、Fe在丝光沸石的落位及其酸性的量子化学研究

【摘要】分子筛是主要的吸附分离材料、离子交换材料与催化材料，在石油化工、煤化工等领域得到了广泛应用。研究吸附质在分子筛孔道中的吸附对于研究催化反应活性和选择性等至关重要。随着计算机技术和一些计算软件的发展，量子化学计算方法在研究分子筛的结构、酸性、吸附等方面取得了成功。国内外的许多工作者对其它类型的分子筛进行了大量研究，但是对丝光沸石的研究报道却比较少。本工作采用量子化学密度泛函（DFT）和色散校正密度泛函（DFT-D2）的理论计算方法对Al和Fe同晶取代进入丝光沸石骨架中的可能的落位及其对氨气和吡啶分子的吸附情况进行了研究，进而表征了丝光沸石的酸性。1．对比了DFT和DFT-D2两种方法的计算结果，我们发现在DFT中引入范德华作用的DFT-D2计算方法更能准确地描述分子间的相互作用。2．研究了Al和Fe进入丝光沸石骨架后的存在位置以及电荷平衡质子可能存在的位置。研究发现：（1）从能量的角度分析说明，Al同晶取代进入丝光沸石骨架最容易取代T2位，电荷平衡质子与O5结合最稳定；Fe进入丝光沸石优先取代T1位，电荷平衡质子与O6结合能量最低即最稳定。我们可以看到电荷平衡质子的存在位置直接影响到了Al、Fe取代位的稳定性。（2）由于Al、Fe进入丝光沸石骨架四个不同T位的取代能的差值都很小，考虑到取代位的多重性，我们可以得出，Al和Fe可以分布在丝光沸石骨架四个T位的任何一个上。3．研究了氨气和吡啶分子在H-AlMOR和H-FeMOR分子筛中的吸附情况，并对吸附复合物的平衡构型、吸附能等数据进行分析，进而对其酸性进行了表征，我们得到了以下结论：（1）氨气在H-AlMOR分子筛中最稳定的吸附位是Al-T2O5-NH3，在H-FeMOR分子筛中最稳定的吸附位是Fe-T2O5-NH3。（2）吡啶在H-AlMOR分子筛中最稳定的吸附位是Al-T1O6-py，在H-FeMOR分子筛中最稳定的吸附位是Fe-T2O3-py。（3）氨气和吡啶分子在H-AlMOR和H-FeMOR分子筛中Brnsted酸位上的吸附比在Lewis酸位上的吸附更稳定。（4）吸附复合物的优化结果表明氨气和吡啶分子在H-AlMOR和H-FeMOR分子筛中Brnsted酸位上吸附后均得到质子化结果。（5）根据吸附能计算结果表明，氨气和吡啶在H-AlMOR分子筛上的吸附能绝对值都大于在H-FeMOR分子筛上的吸附能绝对值。因此，H-AlMOR分子筛的酸性要比H-FeMOR分子筛的酸性强，与实验结果一致。
【作者】郭海燕；
【导师】任君；
【作者基本信息】中北大学，化学工艺，2014，硕士
【关键词】丝光沸石；Al/Fe同晶取代；氨气吸附；吡啶吸附；DFT计算；DFT-D2计算；

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