王婉楠,任瑞鹏,吕永康.甲醇在Cu4-C5N2H2表面吸附和裂解机理的DFT研究[J].分子催化,2025,39(1):34-40
甲醇在Cu4-C5N2H2表面吸附和裂解机理的DFT研究
DFT Study on Adsorption and Cracking Mechanism of Methanol on the Cu4-C5N2H2 Surface
投稿时间:2024-09-30  修订日期:2024-10-25
DOI:10.16084/j.issn1001-3555.2025.01.004
中文关键词:  甲醇  甲醛  DFT  Cu4-C5N2H2  裂解机理
英文关键词:methanol  formaldehyde  DFT  Cu4-C5N2H2  cracking mechanism
基金项目:国家自然科学基金项目(21776196、51778397); 山西省自然科学基金项目(202203021211181); 山西浙大新材料与化工研究院项目(2021SX-FR001、2021SX-AT004)[National Natural Science Foundation Project(21776196、51778397); Natural Science Foundation of Shanxi Province (202203021211181); Shanxi-Zheda Institute of Advanced Materials and Chemical Engineering(2021SX-FR001、2021SX-AT004)].
作者单位E-mail
王婉楠 太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室, 山西 太原 030024  
任瑞鹏 太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室, 山西 太原 030024
山西浙大新材料与化工研究院, 山西 太原 030024 
renruipeng@tyut.edu.cn 
吕永康 太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室, 山西 太原 030024
山西浙大新材料与化工研究院, 山西 太原 030024 
lykang@tyut.edu.cn 
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中文摘要:
      开发高效稳定的甲醇制甲醛催化剂意义重大, 但催化剂稳定性差和甲醛选择性低的问题仍然存在. 以嵌入氮化碳中的铜四原子团簇(Cu4-C5N2H2)催化剂作为模型, 基于DFT-D3探索了甲醇在催化剂表面吸附和裂解反应机理. 结果表明, Cu4-C5N2H2具有优异的稳定性和高的甲醛选择性, 甲醇在Cu4-C5N2H2表面裂解的最优路径为CH3OH→CH3O→CH2O, 电荷分析结果显示催化剂与甲醇之间的电子转移使得甲醇得以活化. 这些结果为合理设计高效甲醇制甲醛催化剂提供了理论指导.
英文摘要:
      It is of great significance to develop an efficient and stable catalyst for methanol to formaldehyde, but the problems of poor stability and low selectivity for formaldehyde still exist. The mechanism of methanol adsorption and cleavage on the catalyst surface was explored based on DFT-D3, using Cu4 cluster catalyst embedded in carbon nitride (Cu4-C5N2H2) as a model. The results show that Cu4-C5N2H2 exhibits excellent stability and high formaldehyde selectivity. The optimal path of methanol pyrolysis is CH3OH→CH3O→CH2O on the Cu4-C5N2H2 surface. The charge analysis results show that the electron specialization between the catalyst and methanol can activate methanol. These results provide theoretical guidance for rational design of efficient methanol to formaldehyde catalysts.
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