江苏模拟计算测试——清析客户检测案例

类别：客户案例 285 2022-11-25

2022年8月29日，业务接到中国某大学的老师的计算需求。接到反馈后，第一时间与客户进行详细沟通，具体情况如下：

客户背景

客户是中国某大学的老师，他们的实验研究表明，负载型金属催化剂Ni/CeO2-500（活性组分Ni，载体CeO2）在100°C，1.5 MPa H2，2 h的最佳反应条件下实现苄基苯基醚的完全转化，仅发生C-O键断裂生成甲苯和苯酚，无芳环加氢。温度升高至110°C，出现苯酚加氢产物环己醇（选择性1.5%），120°C时环己醇选择性达到6.9%。对键能更高的b-O-4键模型化合物2-苯氧基-1-苯乙醇来说，探究得到最佳反应条件为180 oC，0.5 MPa H2，0.5 h，其中芳香族单体化合物的总选择性达到85.6%。因此，卢老师想通过模拟计算，得出苄基苯基醚和2-苯氧基-1-苯乙醇在Ni/CeO2-500催化作用下的加氢转化过程，以及苄基苯基醚和2-苯氧基-1-苯乙醇结构与Ni/CeO2-500的结合作用。

样品名称

具有氧空位的Ni-CeO2初始结构模型。

1.催化剂具有高度分散的金属Ni纳米颗粒，提供大量活性位点，促进催化剂对氢气的活化，为加氢反应提供活性氢原子

2.催化剂含有丰富氧空位，氧空位的形成有利于提高催化剂对氢气以及反应物吸附活化，进而改善催化剂反应性能。

3.催化剂具有较强的中等强度酸性位点，而中强酸酸性位对C-O键加氢裂解有促进作用。

Ce元素本身易在三价（Ce3+）和四价（Ce4+）之间快速转变，伴随Ce3+的生成，CeO2晶体中会产生氧空位。Ce的4f轨道可以储存因氧空位形成而产生的电子，这些电子可以促进反应物在氧空位的吸附和活化，从而提高催化剂的催化活性。

客户需求

苄基苯基醚和2-苯氧基-1-苯乙醇在Ni/CeO2-500催化剂作用下的最佳反应温度相差80°C，造成该结果的原因除了键能区别外，二者与催化剂的结合效果又有怎样的差异。因此，客户希望通过计算模拟,得出：1.反应能垒变化；2.苄基苯基醚和2-苯氧基-1-苯乙醇分别与催化剂Ni/CeO2-500的结合作用。

解决方案

采用软件VASP进行能量计算。利用GGA–PBE泛函对电子相互作用进行描述。布里渊区在结构优化中采用3×3×3的K点网格采样。截断能设为500eV，能量以及力的收敛标准设为10–4 eV 和 0.02 eV/?。

客户反馈

通过多次沟通调整，客户对数据结果满意。

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