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烯丙醇是化学工业中重要的原料,广泛应用于甘油、医药、农药、香料等的生产。环氧丙烷异构化是生产烯丙醇最绿色化的一个工艺,所用催化剂为磷酸锂。由于采用实验表征方法,通过宏观现象推测催化机理,较为局限。所以本文采用密度泛函计算的方式从理论计算和微观尺度研究了磷酸锂催化环氧丙烷异构化机理。本文通过沉淀法制备了中空微球状Li3PO4催化剂,采用XRD、SEM、In-situ DRIFTS、BET等对催化剂的形貌和结构进行表征,并研究了其催化环氧丙烷异构化制备烯丙醇的催化活性。发现Li3PO4为β晶型,且具有两个较强的碱性位,其催化环氧丙烷异构化转化率可达到70%,选择性可达到82%,具有较好的催化活性。为研究Li3PO4催化剂与环氧丙烷间的作用机制,利用基于密度泛函(DFT)赝势方法的 Castep(Cambridge Sequential Total Energy Package)分别研究了环氧丙烷、烯丙醇、丙醛、丙酮在Li3PO4(001)表面的吸附,通过吸附前后分波态密度(PDOS)、Mulliken电荷以及环氧丙烷结构参数的变化分析了环氧丙烷与Li3PO4表面的电荷转移和相互作用。通过进一步分析讨论,提出了 Lewis酸位和Bronsted碱共同作用催化环氧丙烷异构化形成烯丙醇的机理。采用Complete LST-QST方法研究了有无Li3PO4存在时,环氧丙烷异构化形成丙醛、丙酮、烯丙醇的过渡态。发现Li3PO4能够大大降低环氧丙烷异构化能垒,通过降低各个路径能垒的程度不同,改变了异构化选择性,从而使Li3PO4对烯丙醇具有高选择性。为进一步提高Li3PO4催化剂活性,本文采用传统的沉积沉淀法制备了 Au负载磷酸锂(Au/Li3P04)催化剂,通过调节pH值的方法得到了不同Au粒径的Li3PO4催化剂。采用SEM、XRD、TEM等一系列表征手段研究了 Au/Li3P04催化剂的形貌和结构,并对不同Au粒径负载的Au/Li3P04催化环氧丙烷异构化制备烯丙醇催化活性进行测试。发现pH越小,Au的粒径就越小,催化环氧丙烷异构化得到烯丙醇的活性越好。通过密度泛函(DFT)计算研究了 Au团簇在Li3P04(001)面的吸附,说明Au的负载提高了 Li3PO4催化剂的碱强度,从而提高了催化环氧丙烷异构化的活性。