固体催化剂表面化学反应的计算机模拟.ppt

固 体 催 化 剂 表 面 上 化 学反 应 的 计 算 机 模 拟 近些年来，固体表面上催化反应的计算机模拟,特别是 模拟在微机上的实现，这方面的研究在化工生产和环境 科学上具有重要意义，可以利用格点演化模式来模拟化学反应—扩散系统。 格点演化模式： 对一个格阵，定义其格点可能的状态(两个或更多)，每一格点状态的演化都与其邻近格点的状态有关，制订出 演化的规则，则微观上所有格点的演化就构成了宏观上整个格阵上花样的演化。 催化剂表面化学反应机制： 式 (1)表示两种反应物分子都被吸附后发生表面反应称为 Langmiur —Hinschelwood反应机理 (简称 L—H机理 )。 以 一 氧 化 碳 的 氧 化 反 应 ( CO + O2 →CO2)为例将L—H 机理具体化模拟为ZGB模型： 1.将催化剂表面理想化为规则排列 的 吸附点 阵,处于气相的CO和O2分别以几率yco和1-yco与催 化 剂 表 面 碰撞( yco由气相CO浓度决定,因此有时也把yco叫做CO的浓度 )。 2. CO 可 被 一 个 吸 附 点随 机地 吸 附，吸 附 后 变 成吸 附 态 分 子 CO*，O2可 被 两 个 相邻的 吸 附点 随机 地 吸 附，吸附 后 变 成 两 个 吸 附 态 氧 原 子 20*。 3.若一个CO*(或 O*)近 邻 至 少 有 一 个O*( 或CO*）则立刻反应,生成一个CO2分子并脱离催化剂表面。整个 过程是吸附控制过程。 用蒙特卡洛方法对以上模型进行模 拟 计 算，得到了催 化 剂 表 面上反应 物 的覆盖度 随气 相 CO的 浓度yco变 化 的 情 况，如图： 从图中可以看出：反应系统存在三个相，当ycoy1时，O2的覆盖度为1，CO2的覆盖度为0，反应不能进行下去，这时出现氧中毒相;反之，当ycoy2时，出现CO中毒相；只有当y1ycoy2时，催 化剂 表 面上 氧 和 一 氧 化碳 共 存,反 应 能 够进 行，即体系处于反应相。 注意：在 yco=y2附近，即一氧化碳中毒相和反应相之间的相变是个一级相变；在 yco=y1附近氧中毒相应相之间的相变是二级相变。 结论： 以上结果和实验结果基本相符，其 中y1和y2的具体数值随模型的不同 而不同，只有在同一模型中研究不同的问题时才有重要意义。 * * *