[發(fā)明專利]一種模擬/預(yù)測(cè)催化反應(yīng)機(jī)理及中間體活性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210079362.9
• 申請(qǐng)日: 2022-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114409497B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬宏;廖健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): C07C11/06
• 分類號(hào): C07C11/06;C07C2/86;G16C10/00
• 代理公司: 山西科匯聯(lián)創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14126
• 代理人: 胡新瑞

本發(fā)明公開(kāi)一種模擬/預(yù)測(cè)催化反應(yīng)機(jī)理及中間體活性的方法，采用密度泛函理論計(jì)算和微觀動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合的方法研究一個(gè)連續(xù)反應(yīng)過(guò)程，包括甲醇/二甲醚脫水生成四種甲基化物種、乙烯與四種甲基化物種發(fā)生甲基化反應(yīng)、甲基化產(chǎn)物Csubgt;3/subgt;Hsubgt;7/subgt;supgt;+/supgt;轉(zhuǎn)化生成丙烯，通過(guò)研究包含三個(gè)階段的反應(yīng)，揭示甲基化反應(yīng)機(jī)理及優(yōu)勢(shì)甲基化試劑，通過(guò)采用DFT計(jì)算結(jié)合微觀動(dòng)力學(xué)模擬的方法可以研究較大的反應(yīng)體系，準(zhǔn)確高效地預(yù)測(cè)催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種模擬/預(yù)測(cè)催化反應(yīng)機(jī)理及中間體活性的方法，屬于分子篩催化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

MTO反應(yīng)遵循“烴池機(jī)理”，即芳烴/烯烴烴池經(jīng)過(guò)不斷的甲基化、異構(gòu)化和裂解等反應(yīng)生成烯烴產(chǎn)物。甲基化反應(yīng)是MTO過(guò)程的關(guān)鍵步驟，因此研究甲基化反應(yīng)機(jī)理確定活性甲基化試劑實(shí)現(xiàn)通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件調(diào)控甲基化活性及MTO反應(yīng)活性，可以為設(shè)計(jì)高活性的催化劑提供理論支撐。

從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬可以研究不同甲基化試劑的甲基化活性，但是由于其對(duì)服務(wù)器要求較高且花費(fèi)機(jī)時(shí)特別多，只能研究較小的體系，大大限制了其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種模擬/預(yù)測(cè)催化反應(yīng)機(jī)理及中間體活性的方法，采用密度泛函理論計(jì)算和微觀動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合的方法研究一個(gè)連續(xù)反應(yīng)過(guò)程，包括甲醇/二甲醚脫水生成四種甲基化物種、乙烯與四種甲基化物種發(fā)生甲基化反應(yīng)、甲基化產(chǎn)物C₃H₇⁺轉(zhuǎn)化生成丙烯，通過(guò)研究包含三個(gè)階段的反應(yīng)，揭示甲基化反應(yīng)機(jī)理及優(yōu)勢(shì)甲基化試劑，通過(guò)采用DFT計(jì)算結(jié)合微觀動(dòng)力學(xué)模擬的方法可以研究較大的反應(yīng)體系，準(zhǔn)確高效地預(yù)測(cè)催化活性。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種模擬/預(yù)測(cè)催化反應(yīng)機(jī)理及中間體活性的方法，按下述步驟實(shí)施：

第一步，用甲醇/二甲醚脫水生成的四種甲基化物種；

第二步，用乙烯與第一步中生成的四種甲基化物種發(fā)生甲基化反應(yīng)；

第三步，用第二步甲基化反應(yīng)產(chǎn)生的甲基化產(chǎn)物C₃H₇⁺轉(zhuǎn)化生成丙烯；

第四步，采用密度泛函理論計(jì)算第一、二、三步過(guò)程中所有基元反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)；

第五步，基于第四步中基元反應(yīng)及計(jì)算得到的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)建立微觀動(dòng)力學(xué)方程組；

第六步，求解第五步中的微觀動(dòng)力學(xué)方程組，得到包含反應(yīng)速率、表面物種覆蓋度、反應(yīng)級(jí)數(shù)和敏感度分析在內(nèi)的數(shù)據(jù)，明確反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)決速態(tài)。

本發(fā)明一種模擬/預(yù)測(cè)催化反應(yīng)機(jī)理及中間體活性的應(yīng)用，通過(guò)確定不同甲基化物種的甲基化活性，為調(diào)控反應(yīng)活性和設(shè)計(jì)高活性催化劑提供理論指導(dǎo)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是：根據(jù)密度泛函理論(DFT)在目前理論計(jì)算中具有最廣泛的應(yīng)用，可以研究金屬、金屬氧化物和分子篩等體系，較好地兼顧了精度和效率。而微觀動(dòng)力學(xué)模擬是基于DFT計(jì)算的結(jié)果，其運(yùn)算對(duì)計(jì)算機(jī)軟/硬件要求不高甚至可以在單機(jī)完成，得到表面物種覆蓋度、反應(yīng)速率、反應(yīng)級(jí)數(shù)及進(jìn)行敏感度分析，確立反應(yīng)決速態(tài)，揭示反應(yīng)機(jī)理，為提高催化活性及設(shè)計(jì)高活性催化劑提供理論指導(dǎo)。與從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬相比，采用DFT計(jì)算結(jié)合微觀動(dòng)力學(xué)模擬的方法可以研究較大的反應(yīng)體系，準(zhǔn)確高效地預(yù)測(cè)催化活性。

附圖說(shuō)明