Browsing by Author "Hui-Lung Chen"
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Item 理論計算探討下列反應機構: 1.大氣中含氮自由基的反應 2.Rh/CeO2(111)表面之乙醇脫氫反應(2006) 陳輝龍; Hui-Lung Chen本論文分為兩大主題: 一. 探討大氣中含氮的自由基。從石化燃料燃燒產生的氮氧化物由於它們具有毒性,是大氣污染物,所以引起大眾的關注。我們本篇研究的目的是去尋找一個反應物,可使NO轉變成無污染之氣體–N2,並且有著很低的反應能障。我們藉由理論計算的方法來探討含氮自由基的可能反應機制。共分為兩個單元進行討論: 第一部分: 探討NO與imine,silanimine以及其取代基的反應機制。關於HN=XH2 (X=C, Si) 和NO的反應機制係利用QCISD(T) /6-311++G**//B3LYP/6-311++G**的計算方法來探討。結果顯示HN=CH2 + NO之最可行的反應路徑是生成CH2N2 + OH之產物,且其反應能障為44.41 kcal/mol ;然而反應HN=SiH2 + NO之最可行的反應路徑卻變成以產生H2SiOH + N2為主,此過程可直接將NO轉變為穩定且無毒害的氮氣(N2)分子,且該反應的rate-determining step能障是18.90 kcal/mol。但若我們改用取代基N-methyl substituted silanimine (CH3N=SiH2)來進行反應,其能障將會由18.90降為14.42 kcal/mol。在許多會產生NO的燃燒反應系統,如果我們找到一個適當的反應物,能輕易轉換有毒的NO變成對大自然無害的物質N2,此結果將是相當有利的。而關於imine以及silanimine與NO反應時,所得到各種不同的結果,也將於此部分提供可能的解釋。 第二部分: 量子計算方法探討H2CN、H2SiN 和NO的反應機制。 關於H2XN (X=C, Si) 和NO的反應機制,係利用CCSD(T) /aug-cc-PVTZ//B3LYP/6-31++G**的計算層級來做探討。而結果發現反應H2CN + NO有兩個最可行的反應路徑,並且分別生成HCN +HNO (P1)以及H2CO + N2 (P3);而兩者能障也相當接近,分別為11.1和10.2 kcal/mol (係以反應初始物做基準)。倘若我們把反應物換成H2SiN + NO,則前述兩者的反應能障差異將變得相當大,且發現反應將變成更有利於形成H2SiO + N2 (P3s),倘若以反應初始物做為基準,該過程是完全沒有能障的。所以若在無能量的提供下,直接的還原NO並轉變成穩定且無毒害的氮氣(N2)分子將變成可能。由結果推論,在許多會產生NO的燃燒反應系統,H2SiN可能是一個有效的反應試劑去消除NO氣體。在此部分文章,關於H2CN以及H2SiN之反應的不同結果以及差異性的呈現,我們將提供可能的解釋。此外,我們也呈現反應之位能圖並作為比較。 二. Rh/CeO2(111)表面之乙醇脫氫反應。氫氣(H2),在目前來說是相當令人渴望的燃料,因為若把氫氣應用在內燃機引擎中,其燃燒產生的物質是完全沒有污染性的;此外,氫氣也可應用在H2/O2燃料電池的高效率發電方面,相當有價值。因此,對於乙醇在Rh/CeO2(111)表面之可能的分解反應機構,我們利用週期性的電子密度泛函數理論的計算方法來做討論。結果發現,乙醇若以該分子之氧端吸附在Rh/CeO2(111)表面之Ce上,比起其他之表面原子而言(例如:Rh與O原子),將有著較高之吸附能。是故乙醇首先將會以該氧端吸附在Rh/CeO2(111)表面之Ce上,而形成CH3CH2O(H)–Ce(a),再藉由接續的脫氫反應(斷O–H以及H2C–H),計算所得能障分別為12.00以及28.57 kcal/mol,之後形成一穩定六員環之中間物Rh–CH2CH2–Ce(a) (oxametallacycle)。此外,分別計算所脫附之氫原子在表面之不同原子上(Ce, Rh和O),發現氫吸附在氧上有著最高的吸附能(Eads=101.59 kcal/mol)。再者,該中間物會先在α-碳上連斷兩個C–H鍵而形成吸附中間物Rh–CH2CO–Ce(a),計算所得能障分別為34.26和40.84 kcal/mol。最後Rh–CH2CO–Ce(a)將藉由斷去C–C鍵結(TSC-C ; Ea = 49.54 kcal/mol)而形成Rh–CH2(a) + 4H(a) + CO(g)之產物,最後這些產物在高溫下再脫附而形成CH4(g) + H2(g) + CO(g)。