本文没有对详细理论、计算过程进行过多描述(太复杂),主要是用于我自己区分这些计算、理清思路,在看论文的时候明白作者为什么要计算这个就好,但是感觉理解的依然很浅显,也有些许迷糊,
1.DFT(密度泛函理论)和Arrhenius(阿伦尼乌斯)都是动力学的范畴。
2.DFT主要是分子动力学,用于计算原子和分子的电子结构,根据结构可以推测分子的结构、以什么方式结合等。比如构建Fe/SSZ-13的模型,通过计算不同结合方式的能量,推测能量最小的那一种就是我们要找的Fe物种和载体的结合方式。AG平台真人 真人AG 平台官网
3.Arrhenius主要用于看反应能否发生,是否容易发生,反应速率的快慢。通过表观活化能Ea的高低判断反应进行的难易,而且Ea和指前因子A还可以用来推测不同样品催化机制的异同。
式中表观活化能Ea是不随时间变化的(这是前提),因此能得到反应速率与时间的关系。根据作图法可以获得表观活化能、指前因子。一般横坐标是时间,纵坐标是速率,计算截距和斜率可得出A和Ea。
因为,活化能是能垒的一种量化,是动力学的概念,可以看作是反应要动起来的话所受的最大阻碍。
表观活化能Ea:表示要使一个特定的反应能够进行而必须跨越的能垒。而且每个基元反应途径的活化能加在一起的代数和就是该复合反应的表观活化能,因此Ea的实际意义是:表示催化剂表面化学反应的历程。因此有人说:活化能相同,基本可以说明反应路径基本相同。
指前因子A:只由反应本性决定而与反应温度(后来证明温度对其有影响?)及系统中物质浓度无关的常数。也就是当能量不再是问题之后,能够参与反应的分子比例,可以代表碰撞频率,即活性位。
反应速率系数K由指前因子A和活表观化能Ea共同决定,所以催化剂活性不同( 即反应速率系数不同) ,并不一定是由于其反应活化能不同:比如两种不同负载的Fe/SSZ-13,催化剂活性中心的结构(某一Fe物种)是相同的,催化机制一样,其反应活化能是相同的,但A(或者说活性位点数量)由于Fe负载量的变化不同,导致催化剂活性不一样。
前面提到,活化能相同,基本可以说明反应路径基本相同。个人理解是:活化能取决于反应过渡态能量的高低,也就是从反应物到产物过程中所经历的能量最高状态。这个是否可以大致理解为每种反应有特定的过渡态,而根据过渡态理论——一旦形成活化络合物就会向产物转化,因此活化能相同=过渡态相同,可以粗略推测反应机制相同?
但有篇论文中给出:Cu-SSZ-13和Fe-SSZ-13在催化N2O中表现出非常不同的表观活化能,但指数前因子相似,表明它们的反应机制相似。这可能是活性物种分布的问题,例如活性物种Cu1在催化剂上分布较少,大多数是非活性物种Cu2,由于活性物种少,催化剂需要的活化能也少。由于指前因子A可以计算出反应活化熵,过渡态理论则说明了活化熵和过渡态结构的关系,那么A相似可以说明两者活化熵相似、AG平台真人 真人AG 平台官网过渡态结构相似,从而推出两者反应机制相同。(应该可以这么解释)
密度泛函理论(Density Function Theory)用于计算原子和分子的电子结构,计算的是分子动力学。
名称解释:密度指电子数密度;泛函是说能量是电子密度的函数,而电子密度又是空间坐标的函数,函数的函数是为泛函Functional。AG平台真人 真人AG 平台官网
大致发展就是薛定谔方程将一切化学问题、材料科学问题的本质归到电子运动的波函数,然而波函数恰恰不是一个可以直接观测的物理量,这提示我们对多电子系统而言,薛定谔方程其实是没用的。我们通过DFT计算能量,能量是电子密度的函数,而电子密度又是空间坐标的函数,通过联想到我们对氢分子离子的理解,电子的密度n(r)随着空间r的不同是不同的,但n(r)主要分布在两个质子之间,并导致两个质子被束缚在一起,因此提出一个通过电子密度n 而不是波函数来求解多电子问题的理论。
在DFT中,电子密度被视为基本的物理量,通过电子密度来描述原子和分子的性质。电子密度可以通过密度泛函来计算,密度泛函是一个函数,用于将电子能量与电子密度之间的关系表示出来。
密度泛函理论是一种通过电子密度研究多电子体系电子结构的方法,是研究多电子体系电子结构的方法。它的提出使得对较大体系的电子结构的计算成为了可能,并且在大多数情况下能给出比较准确的结果。