Hóa học tính toán trong nghiên cứu bản chất vi mô của một số quá trình dị thể

PHẦN 1. HÓA HỌC TÍNH TOÁN TRONG NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TRÊN XÚC TÁC DỊ THỂ
Chương 1. SƠ LƯỢC VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐẾN CÁC TÍNH TOÁN CƠ CHẾ PHẢN ỨNG TRÊN XÚC TÁC DỊ THỂ  ....................27
1.1. Năng lượng phân tử và bề mặt thế năng ..................................... 28
1.2. Cơ chế phản ứng.......................................................................... 33
1.2.1. Đường phản ứng.................................................................. 33
1.2.2. Hấp phụ và hoạt hóa ........................................................... 39
1.3. Sơ lược về phần mềm mã nguồn mở/phương pháp SIESTA...... 41
Chương 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT PHẢN ỨNG ODH CỦA ALKANE TRÊN XÚC TÁC VANADIA ............................................ 46
2.1. Phản ứng ODH của alkane và ứng dụng..................................... 46
2.2. Phản ứng ODH của propane và n-butane trên xúc tác V2O5(001).................................................................................. 49
2.2.1. Mô hình và phương pháp tính ............................................. 49
2.2.2. Phản ứng ODH của propane trên xúc tác V2O5(001) ......... 52
2.2.3. Phản ứng ODH của n-butane trên xúc tác V2O5(001) ........ 62
2.3. Sự tái sinh xúc tác V2O5.............................................................. 65
2.4. Giải thích cơ chế phản ứng ODH của alkane bằng lý thuyết hóa học lượng tử .......................................................... 66
2.4.1. Mật độ trạng thái electron................................................... 66
2.4.2. Lý thuyết orbital phân tử biên ............................................. 68
2.4.3. Phổ XANES giải thích trạng thái oxy hóa của các nguyên tử............................................................................ 71
2.5. Ảnh hưởng của chất mang tới phản ứng ODH của alkane trên xúc tác V2O5........................................................ 71
2.5.1. Hấp phụ propane và n-butane trên cluster V4O10 ............... 72
2.5.2. Ảnh hưởng của chất mang MgO lên xúc tác V2O5 trong phản
ứng ODH của propane và n-butane .............................................. 73
2.5.3. Ảnh hưởng của chất mang SBA-15 lên xúc tác V2O5 trong
phản ứng ODH của propane và n-butane ..................................... 80
2.6. Nghiên cứu độ bền nhiệt các cấu trúc trong giai đoạn hấp phụ .. 88
Chương 3. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CƠ CHẾ PHẢN ỨNG HYDROGEN HÓA CO2 TRÊN XÚC TÁC DỊ THỂ ........................ 90
3.1. Cơ chế hoạt hóa liên kết C=O của CO2 và xúc tác cho phản ứng
chuyển hóa CO2.................................................................................. 91
3.2. Phản ứng methane hóa CO2 trên hệ xúc tác Ni5 và Ni5 phân tán
trên carbon hoạt tính (Ni5/AC) ........................................................... 93
3.2.1. Cấu trúc của cluster Ni5 ...................................................... 94
3.2.2. Hấp phụ và hoạt hóa CO2 trên Ni5 ...................................... 96
3.2.3. Đường phản ứng methane hóa CO2 trên xúc tác Ni5 ........ 101
3.2.4. Hấp phụ CO2 và H2 trên Ni5/AC........................................ 108
3.2.5. Đường phản ứng methane hóa CO2 trên Ni5/AC .............. 114
3.3. Hấp phụ và hoạt hóa CO2 trên hệ Cu4 và Cu4/Al2O3 .................. 121
3.3.1. Cấu trúc của xúc tác Cu4 và hệ Cu4/Al2O3........................ 121
3.3.2. Hấp phụ CO2 trên chất mang Al2O3.................................. 126
3.3.3. Hấp phụ và hoạt hóa CO2 trên các Cu4 và Cu4/Al2O3 ...... 127
3.4. Hấp phụ và hoạt hóa CO2 trên vật liệu carbon.......................... 133
3.4.1. Hấp phụ và hoạt hóa CO2 trên xúc tác (Co, Cu, Ni) mang
trên carbon hoạt tính (AC) .......................................................... 133
3.4.2. Hấp phụ và hoạt hóa CO2 trên xúc tác (Fe, Co, Ni) mang
trên carbon nanotube (CNT) ...................................................... 143
Chương 4. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA SYNGAS THÀNH ANCOL TRÊN XÚC TÁC DỊ THỂ....... 151
4.1. Chuyển hóa syngas trên hệ xúc tác Co4/Al2O3.......................... 154
4.1.1. Cấu trúc electron hệ Co4 ................................................... 154
4.1.2. Cấu trúc electron của hệ Co4/Al2O3 .................................. 155
4.2. Hấp phụ và hoạt hóa H2 và CO trên Co4/Al2O3 ........................ 157
4.2.1. Hấp phụ và hoạt hóa H2 trên Co4/Al2O3 ........................... 157
4.2.2. Hấp phụ CO trên Co4/Al2O3.............................................. 157
4.3. Chuyển hóa syngas trên Co4/Al2O3 thành CH3OH ................... 161
4.4. Phản ứng chuyển hóa syngas trên hệ xúc tác lưỡng kim loại Co2Cu2 mang trên Al2O3 .................................................................. 164
4.4.1. Cấu trúc của hệ xúc tác lưỡng kim loại Co2Cu2................ 164
4.4.2. Mang lưỡng kim loại xúc tác (Co2Cu2) lên bề mặt Al2O3 ... 167
4.4.3. Hấp phụ và hoạt hóa H2 và CO trên hệ Co2Cu2/Al2O3 ..... 168
4.4.4. Cơ chế chuyển hóa syngas trên Co2Cu2/Al2O3.................. 171
4.4.5. Đường phản ứng chuyển hóa syngas trên Co2Cu2/MgO ... 181
4.4.6. Đường phản ứng chuyển hóa syngas trên Ni2Cu2/MgO .... 187
PHẦN 2. HÓA HỌC TÍNH TOÁN TRONG NGHIÊN CỨU BẢN CHẤT CỦA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
Chương 5. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THỦY NGÂN CỦA NANO CLUSTER KẼM OXIDE (ZnO)n (n = 3-6)....................... 194
5.1. Cực tiểu toàn phần (GM) của các cluster (ZnO)n (n = 3-6) ....... 196
5.2. Hấp phụ Hg(II) trên cluster (ZnO)3........................................... 206
5.2.1. Tương tác giữa Hg(OH)+ và cluster (ZnO)3 ..................... 206
5.2.2. Tương tác giữa Hg(OH)+ và dạng hydrat hóa của cluster (ZnO)3 ...................................................................... 208
5.2.3. Tương tác giữa Hg(OH)+ và (ZnO)3/SBA-15, (ZnO)3(H2O)3/ SBA-15 ................................................................... 211
5.3. Hấp phụ dimethylmercury (DMM) trên (ZnO)6 và (ZnO)6 biến tính....................................................................... 215
5.3.1. Tương tác giữa (ZnO)6 và dimethylmercury (DMM) ........ 215
5.3.2. (ZnO)6 mang trên MgO và SBA-15 ................................... 218
5.3.3. Ảnh hưởng của các ion chloride và hydroxyl tới khả năng
hấp phụ DMM của (ZnO)6, (ZnO)6/MgO và (ZnO)6/SBA-15 ...... 221
Chương 6. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU CARBON ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG................. 225
6.1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ arsenic của vật liệu carbon ....... 225
6.1.1. Hấp phụ HAsO42- trên AC ................................................. 230
6.1.2. HAsO42- trên vật liệu FeNPs-AC ....................................... 233
6.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ phenol của vật liệu carbon........ 245
6.2.1. Mô hình AC trong nghiên cứu hấp phụ phenol ................. 245
6.2.2. Phenol hấp phụ trên AC nguyên chất................................ 250
6.2.3. Hấp phụ phenol trên AC chứa các nhóm chức bề mặt...... 252
6.2.4. Hấp phụ phenol trên AC-CHO .......................................... 254
PHẦN 3. HÓA HỌC TÍNH TOÁN TRONG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CẤU TRÚC LÕI - VỎ (CORE/SHELL)
Chương 7. VẬT LIỆU NANO CẤU TRÚC LÕI - VỎ (CORE/SHELL) Al/Pd .................................................................. 257
7.1. Tham số hóa trường lực EAM cho hệ Al/Pd............................. 262
7.2. Phản ứng nhiệt hóa nano Al(lõi) - Pd(vỏ)................................. 264
7.3. Sự khuếch tán và vai trò của khuếch tán trong phản ứng nhiệt hóa   ......................................................................................... 267
7.4. Ảnh hưởng của thành phần cấu trúc nano lõi vỏ Al/Pd trong phản ứng nhiệt hóa.......................................................... 270
Chương 8. HÓA HỌC TÍNH TOÁN TRONG NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU ỨNG DỤNG TRONG PIN MẶT TRỜI NHẠY QUANG (DSSC) .................... 277
8.1. Sơ lược về cơ sở lý thuyết......................................................... 277
8.2. Sử dụng Quinonine và Pyridine để biến tính Catechol tạo chất nhạy quang giá rẻ và tăng hiệu suất pin DSSC ................................ 279