碱金属助剂对钴基催化剂结构及产物选择性影响的研究

Fischer-Tropsch synthesis (FTS) is the key technology for clean and efficient coal conversion where the core is the selectivity of high efficient catalyst. Alkali metal promoters can improve the catalytic activity and selectivity, which is significant for promoting the performance of cobalt-based catalysts. The effect of these promoters is usually attributed to electronic agents but their geometric effect was not observed. However, a recently experimental study showed that the addition of Na can promote the conversion of cobalt catalysts from the face centered cubic phase to the Co2C phase with nano prism structures, improving the stability of the Co2C phase. In this proposal, DFT calculations will be used to study the effect of Li2O, Na2O and K2O promoters on the carbon deposition on the cobalt surfaces and the regulation mechanisms for the product on the Co2C. We firstly determine the combination modes of promoters and catalysts, then investigate the effect of alkali promoters on the mechanism of surface carbon deposition and carburization, and lastly explore its regulation mechanisms of FTS products to reveal the microscopic nature of the alkali metal promoter action mechanism. This project will provide a theoretical guidance for the phase transformation of cobalt based catalysts and the regulation mechanism of FTS products.

费托合成(FTS)是发展煤洁净高效转化的关键技术，而高活性催化剂的选择和制备是该技术的核心。碱金属助剂的添加可改变催化剂在FTS中的活性和选择性，对改进FTS钴基催化剂的性能具有重要意义。一般认为碱金属助剂是电子助剂，结构效应不明显，但是最近实验发现Na的加入可促进钴催化剂由面心立方钴相转化为具有纳米棱镜结构的Co2C相，同时提高了Co2C相的稳定性。本项目拟采用密度泛函理论方法研究碱金属氧化物助剂Li2O、Na2O和K2O对金属钴表面碳化及其对碳化钴表面产物调控的影响。首先确定助剂与催化剂的结合方式，然后研究助剂对钴表面碳沉积和渗碳机理的影响，最后研究助剂对FTS产物的调控，来揭示碱金属助剂作用机理的微观本质。这一研究将为钴基催化剂物相转化及FTS产物调控机制提供强有力的理论指导。

费托合成(FTS)是发展煤洁净高效转化的关键技术，而高活性催化剂的选择和制备是该技术的核心。在该项技术中，钴基催化剂由于其长链烃生成率高，且水煤气变换反应活性低等特点，在FTS反应中发挥着重要作用。而碱金属助剂的添加可改变催化剂在FTS中的活性和选择性，对改进FTS钴基催化剂的性能具有重要意义。本项目利用密度泛函理论对不同碳覆盖度下面心立方Co(111)，(311)表面以及六方密堆积Co(0001)，(11-21)表面的积碳和碳化过程，以及钾助剂对该过程的影响进行了研究。对钴表面碳的加氢反应也进行了系统性的模拟。.同时，水和金属表面的相互作用在非均相催化中起特别重要的作用。天然气的蒸汽重组、水煤气变换等重要的工业催化过程都涉及到金属表面上水的吸附/脱附及解离/形成的过程，因此需要我们详细研究和理解水在金属表面的结构及动力学方面的过程。本项目采用密度泛函理论(DFT)研究了钴、镍、铜表面上不同覆盖度下水分子的吸附与解离行为。同时还研究了在nO预吸附的钴、镍、铜表面上水的吸附解离行为。最后还对Co(100)，Ni(100)和Cu(100)表面上H2O和H2的脱附行为进行了研究。计算结果与实验结果相吻合，进一步验证了计算方法及手段的合理性，同时也为实验工作者提供了有利的理论依据。