分子模拟在二氧化碳转化研究中的应用

上传者：梁立伟
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上传时间：2015-05-07
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分子模拟在二氧化碳转化研究中的应用

分子模拟在二氧化碳转化研究中的应用
张旭储伟
*
（四川大学化工学院成都 610065）
张旭男，28 岁，硕士生，从事催化新材料与分子模拟研究 * 联系人，E-mail：chuwei65@ yahoo． com． cn
国家重点基础研究发展计划项目（973）（2011CB201202）资助
2012-08-20 收稿，2012-11-30 接受
摘要本文介绍了国内外近年来运用分子模拟技术辅助 CO
2
转化研究的部分工作，主要包括
CO
2
分子在金属原子、团簇、金属表面上的吸附活化以及 CO
2
催化转化的反应路径分析等。分子模拟作
为一种有效的分子水平认识工具将在 CO
2
的俘获、封存、利用和储存（CCUS）研究领域中发挥着越来越
重要的作用。
关键词二氧化碳转化分子模拟相互作用活化反应机理
Application of Molecular Simulation on Carbon Dioxide Conversion
Zhang Xu，Chu Wei
*
（Department of Chemical Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065）
Abstract The molecular simulation technique assisted CO
2
transformation research including CO
2
molecules
adsorbed on metal atoms，clusters and metal surfaces and catalytic conversion reaction path analysis at home and
abroad in recent years were discussed． As a newly and effectively developed molecular level tool，molecular
simulation technique plays a more and more important role in CCUS fields．
Keywords Carbon dioxide conversion，Molecular simulation，Interaction，Activation，Reaction mechanism
众所周知，CO
2
是人为造成的温室气体。随着现代工业的迅速发展，人类向大气中排放的 CO
2
正
以每年4%的速度递增。温室效应造成的全球气候变暖、冰川融化、海平面上升，使得人们在 21 世纪初
开始致力于开发 CO
2
的减排、封存以及 CO
2
的资源化技术
［1］
。
通过化学催化转化或者生物固定的方法将温室气体 CO
2
转变为高附加值的化工产品，如甲醇、甲
烷等，已成为 CO
2
利用的热点研究领域之一
［2］
。目前，我们还不能够在短期内通过化学转化来消除
CO
2
引起的温室气体效应，国内外许多的研究人员在 CO
2
捕获
［3 ～ 6］
、分离
［7 ～ 9］
、封存
［10 ～ 14］
、固定
［15 ～ 17］
、
吸附活化
［18］
及其催化转化
［19］
领域进行了大量的研究和探索，希望能找到适宜的工艺条件和催化剂，从
而开辟一条 CO
2
转化利用的工业途径。
分子模拟技术是20 世纪80 年代发展起来的一门新兴学科，随着计算机硬件的不断发展和计算化
学软件的不断改进，已逐渐成为人们进行科学研究的一项新的工具
［20］
。分子模拟技术借助于现在计算
机强大的计算性能和图形显示能力，使研究人员能够在分子和原子水平上认识物质的结构与反应行为，
从而帮助科研人员从分子水平认识物质参与化学反应的基本特征
［21］
。
CO
2
吸附活化及其催化转化一直是分子模拟技术的主要研究领域之一。CO
2
在过渡金属 Cu、Ni 等
团簇及其不同晶面上的吸附活化，是认识 CO
2
催化转化的关键，例如，CO
2
加氢合成甲醇
［22］
、CO
2
甲烷
化
［23］
、CO
2
重整甲烷
［24］
、CO
2
钙化封存
［12］
等。分子模拟能够帮助研究人员从分子水平上认识反应体
系、优选合理的催化剂以及制备工艺，减少实验研究的盲目性，加速催化剂的研制步伐，以期制备低温高
活性、强抗积炭性、稳定性好的非贵金属实用性催化剂，推动清洁生产、资源循环利用等领域的技术
进步。
· 8 3 3 · 化学通报 2013 年第 76 卷第 4 期 http：/ / www． hxtb． org

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