[发明专利]一种加氢脱硫催化剂表面活性相与其催化活性构效关系的解析方法

摘要

一种加氢脱硫催化剂表面活性相与其催化活性构效关系的解析方法。本发明基于DFT理论计算利用DFT研究催化剂的不同活性相特性及模型分子在表面其催化脱硫的反应网络。通过研究不同活性相的催化剂的表面性质，模型分子在其表面的吸附以及脱硫反应网络，结合表面电子结构特性分析、反应势垒与反应速率及热力学与动力学分析，认识催化剂活性相与脱硫活性构效关系，最后归纳脱硫加氢反应机理，结合催化剂几何结构及电子结构分析阐明加氢脱硫催化剂表面活性相与其脱硫催化活性构效关系；本计算方法简介快速，结果准确，为工业脱硫催化剂的设计提供理论指导，具有重要的实践意义。

主权项

1.本发明提供了一种加氢脱硫催化剂表面活性相与其催化活性构效关系的解析方法，利用DFT研究加氢脱硫催化剂的不同活性相特性及汽油模型分子在其表面催化脱硫反应网络。通过研究不同活性相的催化剂的表面性质、汽油模型分子在其表面的吸附及脱硫反应网络，结合表面几何结构分析、电子结构特性分析、催化热力学与动力学、反应速率等分析手段，认识加氢脱硫催化剂活性相与催化活性的构效关系。(1)构建催化剂及气相分子模型利用MS软件中的Materials Visualizer模块构建HDS催化剂活性位表面模型作为基底；构建含硫化合物分子以及其HDS过程中的所有可能中间体、脱硫产物的气相分子模型；构建吸附质分子与H原子的共吸附结构模型；(2)结构优化及分子吸附优化查找文献选择合适的计算基组，利用MS软件中的DMol3模块对具有各种不同活性相的催化剂及其它模型分子进行结构优化得到最稳定结构；对催化剂模型进行静电势与轨道计算，另分别在催化剂上进行汽油模型分子的吸附以及与H原子共吸附时的结构进行优化计算，并进行相关电子结构分析，对反应中间体进行吸附计算，寻找最稳定中间体吸附结构；(3)过渡态寻找及反应速率计算以不同活性相催化剂分别对应的最稳定汽油模型分子吸附态作为初态，各断键加氢中间体为末态，采用MS中的LST/QST方法进行过渡态的搜寻；通过Hessian矩阵计算相关频率，借助Vibrational Analysis工具得到反应过渡态与初态的频率数据，并验证过渡态存在的正确性；由过渡态和初态频率数据及得到的基元反应能垒计算相关的基元反应的反应速率常数；并计算其相应的热力学性质，从而获得不同热力学条件下各活性相催化剂的形成。(4)反应网络构建与综合分析构建各活性相的HDS反应网络，比较分析反应活化能垒、反应速率及各速率控制步骤，从而明确各催化活性相的HDS反应机理及脱硫活性与选择性；综合催化剂几何结构和电子结构特性，阐明表面活性相与脱硫催化活性构效关系。绘制各自的HDS势能面网络，明确催化剂表面的静电势面，比较分析不同催化剂对应的LUMO轨道；比较模型分子在催化剂上的吸附类型、吸附能、模型分子的活化情况，比较相同基元步的不同活化能垒，不同催化剂的不同基元步，并对比反应速率以及各自的速率控制步骤，从而明确不同活性相对应的不同反应机理以及脱硫活性与选择性；利用计算的热力学以及吉布斯自由能从而进行活性相催化剂合成条件探索，进行调控活性相组成。