Nghiên cứu lý thuyết động học phản ứng giữa etanol với gốc tự do formyl

Bài viết thiết lập bề mặt thế năng cho phản ứng C2H5OH + HCO ở mức tính học lượng tử cao là CCSD(T)/cc-pVTZ//B3LYP/aug-ccpVTZ. Từ đó, tính hằng số tốc độ phản ứng cho các đường phản ứng chính và tỉ số sản phẩm. Những kết quả này có thể cung cấp những dữ liệu định lượng cho các nghiên cứu thực nghiệm hoặc mô phỏng phản ứng trong tương lai.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu lý thuyết động học phản ứng giữa etanol với gốc tự do formyl Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption, 11 – issue 1 (2022) 37-42 Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption Tạp chí xúc tác và hấp phụ Việt Nam https://chemeng.hust.edu.vn/jca/Nghiên cứu lý thuyết động học phản ứng giữa etanol với gốc tự do formylA theoretical study on the kinetics for ethanol reaction with formyl radicalNguyễn Trọng Nghĩa1*, Nguyễn Đức Trung 1, Trần Thị Thoa2, Phan Thị Thùy31 Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường ĐHBK Hà Nội2 Khoa Hóa học – Trường ĐHSP Hà Nội3 Viện sư phạm tự nhiên – Trường đại học Vinh*Email: nghia.nguyentrong@hust.edu.vnARTICLE INFO ABSTRACTReceived: 09/8/2021 C2H5OH is one of important renewable fuels. The mechanism for theAccepted: 20/9/2021 C2H5OH + HCO reaction has been investigated by a potential energyPublished: 24/9/2021 surface calculation at the B3LYP/aug-cc-pVTZ (optimization) and CCSD(T)/cc-pVTZ (single-point) levels. Our results show that the HCOKeywords: free radical can abstract the H atoms in the OH group giving CH 3CH2OReaction mechanism, formyl radical + CH2O or in the CH2 group giving CH3CHOH + CH2O. The rate(HCO), ethanol (C2H5OH), PES constant results by TST calculations considering tunneling corrections show that the second pathway is dominate in all the calculation temperature range of 300-2000K.Giới thiệu chung định được gốc HCO trong ngọn lửa cháy của các hyđrocacbon no như CH4 – O2 sử dụng các kỹ thuật thực nghiệm khác nhau. Phản ứng của HCO với nhiềuGốc tự do formyl (HCO) là một trạng thái trung gian tác nhân trong hệ cháy như O2, NO2, anken đã đượcquan trọng trong phản ứng hóa học và quang hóa học nghiên cứu [6,7]. Ví dụ, Lesclaux và cộng sự [6] đã sửcủa anđehit trong pha khí liên quan đến sự oxi hóa các dụng kỹ thuật hấp thụ cộng hưởng laser quang phânhệ hyđrocacbon, ancol, ….[1-3]. Ví dụ, trong quá trình xác định được năng lượng hoạt hóa của phản ứng giữaoxi hóa các anken, HCO được hình thành do phản ứng HCO và các anken CnH2n (n = 2-4) trong khoảng 5.4với nguyên tử oxi có trong hỗn hợp cháy theo sơ đồ ± 0.20 đến 6.25 ± 0.26. Các tác giả cũng đã sử dụngsau [1]: hóa học tính toán để làm rõ cơ chế của các phản ứngRCH2CH=CH2 + O(3P) → HCO + RCH2CH2 (a) này. Kết quả tính toán phù hợp với thực nghiệm và cho → CH2CHO + RCH2 (b) thấy gốc HCO ưu tiên cộng vào liên kết bội C=C với → H + RCH2CHCHO (c) hàng rào năng lượng khoảng 6,1 kCal/mol, trong khi → OH + RCHCHCH2 (d) phản ứng tách H (tạo thành CnH2n+1 + CO) có hàng rào năng lượng cao hơn nhiều, khoảng 19,1 kCal/mol.Với R là H hoặc gốc hydrocacbon. Đối với phản ứngC2H4 + O(3P), đường phản ứng tạo thành HCO chiếm Bên cạnh đó, etanol (C2H5OH) là một nhiên liệu tái tạoưu thế với tỉ số 0,71 ± 0,06 trong số trong số các quan trọng, được sử dụng rộng rãi như một nhiên liệuđường sản phẩm cho thấy gốc formyl là sản phẩm thay thế giúp giảm phát thải hydrocacbon từ cácchính. Cheskis, Scherer và Rakestraw [4,5] cũng đã xác phương tiện giao thông [8]. Etanol có thể được pha https://doi.org/10.51316/jca.2022.006 37 Vietnam Journal of Catalysis and Adsorption, 11 – issue 1 (2022) 37-42trộn với xăng và sử dụng trực tiếp trong động cơ dưới Cấu trúc hình học của HCO và C2H5OH; các trạng tháidạng xăng E5, E10, … Phản ứng của C2H5OH với các chuyển tiếp và các sản phẩm được tối ưu hóa ở mứcnguyên tử và các gốc tự do khác nhau trong khí cháy B3LYP/aug-cc-pVTZ [12]. Để xác định độ tin cậy củanhư OH, H, CH3, … cũng đã được nghiên cứu [9-11]. kết quả, chúng tôi đã so sánh các giá trị tính toán vớiTrong đó, cơ chế phản ứng của etanol khá đa dạng, giá trị thực nghiệm có sẵn từ tài liệu tham khảo (xemgồm: phản ứng chèn, tách H, … Tuy nhiên, cơ chế và phần kết quả và thảo luận). Từ cấu trúc hình học tối ưuđộng học phản ứng giữa C2H5OH với HCO vẫn chưa được, năng lượng của mỗi cấu tử trên bề mặt thế năngđược làm sáng tỏ. (PES) được tính ở mức cao hơn, CCSD(T)/cc-pVTZ [13].Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử thiết lập bề mặt Năng lượng tương quan mỗi cấu tử trong PES đượcthế năng cho phản ứng C2H5OH + HCO ở mức tính tính dựa vào năng lượng của cấu tử đó và chất phảnhọc lượng tử cao là CCSD(T)/cc-pVTZ//B3LYP/aug-cc- ứng như sau: EX = EX – (EHCO + EC2H5OH). Mỗi đi ...