[MB₁₂H_x]^2-催化乙烯中微量乙炔半加氢反应的理论研究

摘要

【目的】乙烯中微量乙炔半加氢存在的主要问题是过度加氢。高浓度的乙烯是导致过度加氢的主要原因，因此，设计具备乙炔富集能力的催化剂对于乙炔半加氢反应具有重要意义。【方法】设计了具有乙炔富集能力的模型催化剂——[MB₁₂H_x]^2-（M=Pd、Ni、Ag; x=9、10），基于密度泛函理论（DFT）系统研究了乙烯和乙炔在催化剂表面的吸附行为，及其催化乙炔选择性加氢的反应机理。乙炔加氢反应涉及的各物种（C₂H₂、C₂H₃、CHCH₃、C₂H₄、C₂H₅、H₂以及H原子）在催化剂表面的吸附能、反应热和活化能进行了详细计算。【结果】计算结果表明，在[PdB₁₂H₉]^2-、[NiB₁₂H₉]^2-、[AgB₁₂H₁₀]^2-上，过度加氢（C₂H₄+H=C₂H₅）的能垒明显高于半氢化反应（C₂H₄脱附）的能垒，其中[PdB₁₂H₉]^2-表现出了最好的乙烯选择性（2.02 eV），同时[PdB₁₂H₉]^2-较低的限速步骤活化能垒体现出该催化剂具备较高的反应活性（1.18 eV）。

关键词

[MB₁₂H_x]^2- / 乙炔 / 乙烯 / 密度泛函理论 / 选择性加氢反应