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文檔簡介
1、CO2是大量存在的溫室氣體之一,導(dǎo)致了許多嚴重的環(huán)境問題,如何減少大氣中CO2的含量越來越受到人們的關(guān)注。CO2也是一種豐富廉價且易獲取的C1資源,使用CO2合成實際有用的化工產(chǎn)品既有利于改善CO2導(dǎo)致的溫室效應(yīng),還能解決碳資源匱乏的問題。但是使用二氧化碳作為原料的工業(yè)生產(chǎn)過程較少,環(huán)氧化物與CO2的環(huán)加成反應(yīng)生成五元環(huán)狀碳酸酯則是其中最具潛在價值的反應(yīng)之一。由于CO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,這一過程通常需要在催化劑的存在下完成。本文選取的催化劑
2、分別是羥基功能化離子液體和羧基功能化離子液體,這些離子液體催化劑對于該環(huán)加成反應(yīng)都表現(xiàn)出了高選擇性和高產(chǎn)率。本論文的研究工作不僅可以詳細了解反應(yīng)機理,還可以為新型功能化離子液體催化劑的設(shè)計提供理論依據(jù)。
1.研究了HEMIMC催化CO2與PO環(huán)加成反應(yīng)的機理。利用密度泛函理論,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下計算了所有駐點的平衡構(gòu)型,包括反應(yīng)物、產(chǎn)物、中間體和過渡態(tài),在同一水平下通過振動頻率的計算確定駐點的性質(zhì)與零點能
3、(ZPE)。從鞍點出發(fā)連接兩個極小值點的最小能量反應(yīng)路徑(MEP)由內(nèi)稟反應(yīng)坐標(biāo)(IRC)理論得到,在B3LYP/6-311+G(2d,2p)水平下進行了能量校正。結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)機理從無催化劑時的一步反應(yīng)機理變?yōu)榇呋瘎┳饔孟碌亩嗖椒磻?yīng)機理??偣舱业降钠邨l反應(yīng)路徑中,兩步機理路徑的步驟為環(huán)氧化物開環(huán)和環(huán)狀碳酸酯成環(huán),三步反應(yīng)機理路徑的步驟為環(huán)氧化物開環(huán)、CO2插入和環(huán)狀碳酸酯成環(huán)。最優(yōu)路徑?jīng)Q速步的能壘為17.63 kcal/mol,開環(huán)和成
4、環(huán)的能壘相近,都有可能成為決速步。研究表明氫鍵和陰離子的親核進攻是促進該反應(yīng)的兩大主要因素,Cl-親核進攻使開環(huán)變得更容易,氫鍵有利于中間物和過渡態(tài)的穩(wěn)定,特別是HEMIMC上的-OH基團參與形成的氫鍵。最后,還研究了不同的陰離子對于催化劑催化活性的影響,發(fā)現(xiàn)陰離子的改變對催化活性的影響較小。
2.研究了一系列羧基酸性功能化離子液體催化劑催化CO2與PO固定反應(yīng)的機制。利用密度泛函理論,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下
5、優(yōu)化了所有穩(wěn)定點(反應(yīng)物、產(chǎn)物、中間體和過渡態(tài))的平衡構(gòu)型。在相同的水平下,進行頻率的計算以判定駐點的性質(zhì)和進行ZPE能量校正。虛頻的數(shù)目用于判斷優(yōu)化的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定點還是過渡態(tài)。從過渡態(tài)出發(fā),通過IRC理論構(gòu)建了MEP(最小能量路徑)以確定過渡態(tài)連接的是兩個穩(wěn)定點。同水平下自然電荷的分析使用的是NBO方法。最后,在B3LYP/6-311+G(2d,2p)水平下進行了能量校正。這些催化劑按照不同的陽離子結(jié)構(gòu)與功能基團數(shù)被分成四組,并且僅對各
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