费托小分子CO、H2、CO2、CH4和H2O在第八族过渡金属催化剂表面的活化与反应机理

As our country is rich in coal and poor in gas, we have to develop clean and efficient coal conversion technologies to promote the coordinated development of our social, economic, and ecological environment as well as safeguard our energy security. In the development of clean and efficient coal conversion technologies, the efficient utilization of CO in the quality of liquid fuels, chemicals production (like Fischer-Tropsch synthesis and lower alcohol synthesis), fuel cells and other industrial process plays a crucial role. In CO conversion process, group VIII transition metals (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt) as well as their oxides and carbides are generally used as catalysts. Therefore we propose to investigate the surface reaction mechanisms of CO, H2, CO2, CH4, and H2O at different coverage (especially high coverage) under the consideration of reaction temperature and pressure. Our goal is a comprehensive understanding into mechanisms of CO hydrogenation and oxidation, water-gas shift reaction, CH4 reformation and C-C coupling, as well as the catalytic activities of different surfaces. Our findings will reveal the relationship between the structure and activity of different catalyst, thereby providing a reference for their rational design. Our study not only has important academic significances but also provide direct theoretical basis for many industrial processes with economic and.ecological values.

我国富煤少气，急需发展煤洁净高效转化技术，以促进社会、经济、环境的协调发展，保障我国能源安全。在发展此技术过程中，CO高效利用在优质液体燃料、化学品生产（如费托合成、低碳醇合成）、燃料电池等工业催化过程中至关重要。在上述CO转化过程中，VIII族过渡金属（Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)及其氧化物、碳化物是常用的催化剂。因此本项目拟采用理论模拟与表面实验相结合的方法研究在实际反应条件下不同覆盖度（尤其高覆盖度）下CO、H2、CO2、CH4、H2O等在该系列催化剂表面上的吸附，及温度、压力对表面物种存在形式的影响，进一步研究CO加氢/氧化、水煤气变换反应、CH4重整反应、C-C耦合机理，全面认识催化剂不同表面的反应活性。从而揭示催化剂结构与活性的关系，为合理设计催化剂提供参考，这不仅具有重要的学术意义，也为诸多具有经济和生态价值的工业流程提供直接理论依据。

我国富煤少气，急需发展煤洁净高效转化技术，以促进社会、经济、环境的协调发展，保 障我国能源安全。在发展此技术过程中，CO高效利用在优质液体燃料、化学品生产（如费托合 成、低碳醇合成）、燃料电池等工业催化过程中至关重要。在CO转化过程中，VIII族过渡 金属（Fe、Co、Ni、Ru、Ir)及其碳化物是常用的催化剂。.因此本项目拟采用理论模拟方法研究在实际反应条件下不同覆盖度（尤其高覆盖度）下CO、H2、CO2、CH4、H2O等在上述催化剂表面上的吸附，及温度、压力对表面物种存在形式的影响，进一步研究Fe、Fe3C表面CO加氢/氧化、C-C耦合机理，发现高覆盖度下甲烷生成反应的表观活化能与实验值接近，并且调整H2/CO比对于C-C键的形成以及链增长的选择性有重要的影响。对于CO在Ir低指数、高指数面的直接解离、氢助解离、加氢制甲醇机理的研究，发现甲醇形成的有效能垒接近，在高指数表面反应中间体没有低指数吸附强，导致高指数面不会被反应中间体堵塞。为了理解烷烃的脱氢和逆合成机理，使用DFT理论研究甲烷、乙烷、丙烷的在fcc Ru(111)表面的解离反应机理，发现在表面C、H2气氛下，甲烷、乙烷、丙烷的逆合成的表观能垒逐渐增大。压力和覆盖度的影响对于理解反应机理和选择性非常重要。通过全面认识催化剂不同表面的反应活性，揭示了催化剂结构与活性的关系，为合理设计催化剂提 供参考，这不仅具有重要的学术意义，也为诸多具有经济和生态价值的工业流程提供直接理论依据。