H-ZSM-5に対するベンゼンエチル化の量子化学モデリング 化学的精度に近づく:ハイブリッドMP2:DFT研究
Niels Hansen1, Torsten Kerber, Joachim Sauer
1Department of Chemical Engineering, Hamburg University of Technology, D-21073 Hamburg, Germany. n.hansen@tuhh.de
Journal of the American Chemical Society
|August 4, 2010
まとめ
この研究では,ハイブリッドのMP2:DFT方法を使用して,H-ZSM-5に対するベンゼンアルキル化を正確に計算し,工業用途の正確な吸収エンタルピーと活性化エネルギーバリアが得られます.
科学分野:
- コンピューティング・ケミストリー
- カタリシス科学 カタリシス科学
- マテリアルサイエンス 材料科学
背景:
- H-ZSM-5のようなゼオライトに対するベンゼンとエチンのアルキレーションは,重要な産業プロセスです.
- 反応エネルギーの正確な理論的予測は,触媒の設計と最適化に不可欠です.
研究 の 目的:
- 先進的な計算方法を使用して,H-ZSM-5上のベンゼンアルキル化のための吸収エネルギーと反応障壁を正確に決定する.
- MP2:DFTとPBE+Dを含む異なる理論的アプローチのパフォーマンスを,高レベルの計算と比較するために.
主な方法:
- ハイブリッドMP2:DFTスキームは,周期的密度関数理論 (DFT) とMP2エネルギー計算を組み合わせています.
- MP2エネルギーに対する完全なベースセットの限界値への抽出と,CCSD (T) 計算による上位階の相関効果の含有.
- 潜在エネルギー表面における分散貢献と自己相互作用の修正エラーの分析.
主要な成果:
- 298 Kでのエーテン,ベンゼン,エチルベンゼン吸附の最終エンタルピーは,それぞれ-46,-78,および-110 kJ/molでした.
- 653 Kの固有のエンタルピーバリアは117 kJ/mol (一段階) と119/94 kJ/mol (二段階アルキル化) と決定されました.
- シミュレートされた表面的活性化エネルギー (66 kJ/mol) は,実験データ (58-76 kJ/mol) とほぼ一致しています.
結論:
- ハイブリッドのMP2:DFTスキームは,H-ZSM-5に対するベンゼンアルキル化のための正確なエネルギーを提供します.
- 分散力は潜在エネルギー表面に大きく影響し,慎重に処理する必要があります.
- PBE+D法では,アドソルプションエネルギーについては良好な合意が示されていますが,高レベルの方法と比較して,固有のエネルギーバリアについてはそれほど一致していません.
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