四吡啶镍与一类无机小分子的作用机理研究开题报告

1. 研究目的与意义

（一）背景：

1、目前，将co₂作为原料实现还原及储备各种再生能源引起研究热潮，包括燃料(ch₃oh,ch₄)，日用化学品以及燃料的前体(例如co)，为可持续发展创造条件以及用可再生燃料和日用化学品替代化石燃料，而实现这一目标，要求使用同时具有选择性、以地球上丰富的元素为基础，并且表现出良好稳定性的催化剂，而除了首选催化剂电生成的fe⁰卟啉外，多吡啶金属配合物也是一类非常有前景的催化剂，其中，四吡啶镍就是一种潜在的催化活化co₂分子的催化剂；

2、在co₂与分子催化剂的转化反应中，使用多吡啶金属配合物[m(qpy)(h₂o)₂]² （m=w, mo, re, mn, fe, co, ni, ru, rh, os)作为催化剂，对数小时内生成最终产物具有高选择性和良好的稳定性，由于配合物分子中同时包含无机金属离子和有机配体分子，使得此类催化剂不仅具有高强度、高熔点、高稳定性的无机物特点，同时也具有有机物的柔软、可修饰，密度低、功能性强等特点，因此设计和合成新型催化剂在当前研究形势下是当务之急，其中对四吡啶镍的催化活化目前尚缺乏直接实验研究；

3、 通过实验计算探究，确定四吡啶镍配合物的结构并研究其氧化还原性质，从而进一步深入研究配合物及其相关化合物的催化活化性能等，研究在不同的实验条件下配合物的催化活性，解释其催化机理；

2. 研究内容和预期目标

（一）研究内容：

本文的研究内容主要从以下方面来展开：对四吡啶镍金属配合物作高精度的量子化学计算研究，通过改变实验条件和相关参数，结合已有的实验数据，对比所得实验结果和数据，研究该材料的构型，活性，吸附部分气体小分子和活化co₂的微观机理，以及确定在过程中控制活性和选择性的因素；最后，通过对预测不同方法和实验参数下配合物反应活性的比较，找出最合适的参数和方法，为今后预测此类混合体系催化反应奠定基础。

（二）具体研究内容如下：

1、利用现代科技文献的查阅方法和手段，如互联网，网上图书馆，电子期刊数据库，查阅有关四吡啶镍金属配合物的合成，用途，应用方面，有关理论研究方面的科技文献资料，并对文献进行综述，分析，总结。在此基础上，选择合适的量子化学计算方法，拟定出具体研究方案，写出开题报告。

2、查阅文献，设计理论计算方案，确定具体计算步骤，对四吡啶镍的相关参数进行高精度量子化学计算研究，通过研究实验培养动手能力，独立思考问题和解决问题的能力，初步提高自己的科研能力。

3. 研究的方法与步骤

1、学习并初步掌握量子化学计算软件gaussian03的安装和操作；

2、掌握几种常用的量子化学计算方法如am1,hf,mp2,b3lyp等的使用方法和适用研究体系；

3、采用密度泛函方法优化出四吡啶镍及其衍生物的空间几何结构；

4. 参考文献

[1]石秋慧.催化剂在co₂催化加氢研究中的应用[j].化工管理,2019,35(10):90-91.

[2]齐红卫,王志强,曹婷婷,等.反式-二氯四吡啶合钌催化co₂制备碳酸丙烯酯机理探讨[j].河南大学学报(自然科学版),2012,42(1):42-46.

[3]guo zhenguo,et al.highly ecient and selective photocatalytic co₂reduction by iron and cobalt quaterpyridine complexes[j].j.am.chem.soc.2016, 138,94139416.

5. 计划与进度安排

进度安排:

2019-12-28~2020-03-20：确定论文方向，写出开题报告 ；

2020-03-21~2020-03-31：准备工作，搜集相关资料 ；