赤峰学院本科毕业论文(设计)开题报告、开题报告审批表

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1、赤峰学院本科毕业论文（设计） 开题报告   论文（设计）题目  铜离子捕捉光生电子前后与甲醇分子相互作用的理究  班级         08级化学本科班                   学生姓名       郭连文         学 号         08151010117   指导教师姓名         罗冬梅                      时间    2012      年    04月    25日 1．论文题目（中文）铜离子捕捉光生电子前后与甲醇分子的相互作用2．课题的目的及意义（含文献综述和选题的依据和意义）1.选题背景意义哥本哈根国际气候大会的召开，使

2、中国和印度成为国际碳排放的话题焦点，尽管中国与印度联合抵制了一些国家提出的要求，同时中国制定了限制碳排放目标的提议，但由于中国经济的飞速发展，人们生活水平的逐渐提高，汽车销售量大幅增加，在一定程度上增加了二氧化碳的排放量，并导致了石油紧缺和能源消耗。由此，如何采取对策控制二氧化碳排放、开发新型燃料资源，作为一个课题摆在国人面前。众所周知，甲醇可主要用于生产甲基叔丁基醚、二甲醚、甲醛、醋酸、甲胺和汽油等，还可用作潜在的车用醇醚燃料和燃料电池的燃料、甲醇植物生长促进剂等。日前学术界通过光催化将二氧化碳转化成甲醇已有研究，该研究不仅减轻了二氧化碳对环境所造成的负面影响，同时产生重要的化工原料

3、甲醇。该应用是最有发展前途的化工利用，已成为当今光催化研究的重要领域。利用光能将二氧化碳和水转变为甲醇的光催化过程能对目前能源问题与环境问题有所帮助，实现能源的可持续发展。而寻找合适的光催化剂是光催化合成甲醇研究的重要内容。科学家已经证实C02在水蒸气或者是在溶液里使用光催化剂TiO2或者ZnO可以被降解。在众多的研究中，离子掺杂认为是一种好方法。大多数金属阳离子可以抑制光生载流子的复合。从目前的研究来看研究较多的则是最外层为d轨道的金属离子。近年来陈文凯等人采用铜系催化剂在二甲苯、环己烷等液相中，低温低压一步法合成出甲醇。但铜催化剂的使用寿命对甲醇生产的稳定、能耗和整体经济效益影响很

4、大，更换一炉催化剂的直接费用和间接经济损失在几百万元。因此，催化剂性能的好坏、活性中心的确认以及甲醇合成机理的研究，对合成甲醇原料转化率的提高、甲醇合成生产操作条件的优化、甲醇的选择性和收率的增加均具有极其重要的意义。研究铜离子与甲醇的相互作用情况，有利于确认铜基催化剂的活性中心，从而有利于提高催化效率，降低我们的生产操作成本，提高产品收率，增大我们的效益。本实验将采用量子化学从头计算法中的DFT法研究铜离子捕捉光生电子前后与甲醇的相互作用，提出结合实验数据与计算结果的相关理论，对进一步研发新型催化剂和提高目标产物的产率有很重大的意义。关于金属离子和原子的负载已经有诸多报道，而铜得失光

5、生电子前后目标产物与甲醇相互作用的理论研究未见报道，因而更加有理论研究的必要。2理论基础2.1　模拟计算的引入及应用因光催化作用本身的复杂性，仅通过实验手段来获得对机理的全面认识较为困难，甚至是不可能的。近代计算化学所取得的成就表明，用量子化学方法，可以对催化反应中间物种及过渡态和反应体系各个物种之间的相互作用的物理和化学性质进行较好的预测，并获得详尽的化学动力学和热力学数据。催化剂表面的吸附和化学反应为了解催化剂的作用本质，寻找合适的催化剂提供了很多有价值的信息。利用计算机模拟真实材料系统与外界条件的相互作用。计算机模拟按尺度可分为三类：电子、原子或分子尺度模拟，所用的主要方法是第一

6、性原理方法、分子动力学方法和蒙特卡洛方法。计算化学有两种方法分别为分子力学方法和电子结构理论。对分子体系中的电子，分子力学方法不能给出明确处理，为此不能处理电子效应占主导地位的化学问题。电子结构方法主要分为半经验方法，从头算方法和密度泛函方法。半经验方法是根据实验数据所确定的参数简化薛定谔方程求解计算，主要应用于有机体系。从头算方法是在计算过程中不使用任何来自实验的参数，所有计算都建立在量子力学原理上。解薛定谔方程时使用严格的数学近似，使求解变的方便但会引入误差。密度泛函（DFT）方法能够直接确定精确的基态能量和电子密度，可以大为简化电子结构的计算。1964年，Hohenberg和Ko

7、hn给出DFT方法的两个基本定理。第一定理，系统的确切基态能量仅是电子密度以及一定原子核位置的泛函，电子密度唯一确定基态的能量和性质与给定的原子坐标相对应。第二定理，分子基态确切的电子密度函数能降低体系的能量，为寻找合适的密度函数提供一个变分原理。DFT方法的挑战是设计精确的泛函。DFT方法中总能量可分解为：其中是电子动能，是电子与原子核吸引势能，即外场能，为库仑作用能，为交换－相关能(包括交换能和相关能量)。和是直接的，它们表示经典的库仑力；