[发明专利]一种模拟/预测催化反应机理及中间体活性的方法

说明书

本发明公开一种模拟/预测催化反应机理及中间体活性的方法，采用密度泛函理论计算和微观动力学模拟相结合的方法研究一个连续反应过程，包括甲醇/二甲醚脱水生成四种甲基化物种、乙烯与四种甲基化物种发生甲基化反应、甲基化产物Csubgt;3/subgt;Hsubgt;7/subgt;supgt;+/supgt;转化生成丙烯，通过研究包含三个阶段的反应，揭示甲基化反应机理及优势甲基化试剂，通过采用DFT计算结合微观动力学模拟的方法可以研究较大的反应体系，准确高效地预测催化活性。

技术领域

本发明一种模拟/预测催化反应机理及中间体活性的方法，属于分子筛催化技术领域。

背景技术

MTO反应遵循“烃池机理”，即芳烃/烯烃烃池经过不断的甲基化、异构化和裂解等反应生成烯烃产物。甲基化反应是MTO过程的关键步骤，因此研究甲基化反应机理确定活性甲基化试剂实现通过改变实验条件调控甲基化活性及MTO反应活性，可以为设计高活性的催化剂提供理论支撑。

从头算分子动力学模拟可以研究不同甲基化试剂的甲基化活性，但是由于其对服务器要求较高且花费机时特别多，只能研究较小的体系，大大限制了其应用范围。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种模拟/预测催化反应机理及中间体活性的方法，采用密度泛函理论计算和微观动力学模拟相结合的方法研究一个连续反应过程，包括甲醇/二甲醚脱水生成四种甲基化物种、乙烯与四种甲基化物种发生甲基化反应、甲基化产物C₃H₇⁺转化生成丙烯，通过研究包含三个阶段的反应，揭示甲基化反应机理及优势甲基化试剂，通过采用DFT计算结合微观动力学模拟的方法可以研究较大的反应体系，准确高效地预测催化活性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种模拟/预测催化反应机理及中间体活性的方法，按下述步骤实施：

第一步，用甲醇/二甲醚脱水生成的四种甲基化物种；

第二步，用乙烯与第一步中生成的四种甲基化物种发生甲基化反应；

第三步，用第二步甲基化反应产生的甲基化产物C₃H₇⁺转化生成丙烯；

第四步，采用密度泛函理论计算第一、二、三步过程中所有基元反应的动力学和热力学数据；

第五步，基于第四步中基元反应及计算得到的动力学和热力学数据建立微观动力学方程组；

第六步，求解第五步中的微观动力学方程组，得到包含反应速率、表面物种覆盖度、反应级数和敏感度分析在内的数据，明确反应机理和反应决速态。

本发明一种模拟/预测催化反应机理及中间体活性的应用，通过确定不同甲基化物种的甲基化活性，为调控反应活性和设计高活性催化剂提供理论指导。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：根据密度泛函理论(DFT)在目前理论计算中具有最广泛的应用，可以研究金属、金属氧化物和分子筛等体系，较好地兼顾了精度和效率。而微观动力学模拟是基于DFT计算的结果，其运算对计算机软/硬件要求不高甚至可以在单机完成，得到表面物种覆盖度、反应速率、反应级数及进行敏感度分析，确立反应决速态，揭示反应机理，为提高催化活性及设计高活性催化剂提供理论指导。与从头算分子动力学模拟相比，采用DFT计算结合微观动力学模拟的方法可以研究较大的反应体系，准确高效地预测催化活性。

附图说明