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草酸是一种最简单的二元羧酸,该羧酸及其衍生物是非常重要的化工有机原料,在社会生产中广泛应用于各种医药、溶剂、燃料及其多种中间体。近年来,电化学合成技术由于其独特的优越性得到快速的发展,因此人们提出了乙炔在Pt基催化剂表面电化学合成草酸的新思路并取得了一定的成果,但在反应机理方面还尚不清楚。目前很多人利用第一性原理研究了乙炔在金属催化剂表面加氢反应机理,但是由于乙炔电化学氧化合成草酸反应复杂性,对其微观层面的反应机理的研究还未见报道。目前Pt基催化剂上乙炔电化学合成草酸的反应机理仍不清楚,该方面还需要进一步的深入探讨。本文中采用了基于密度泛函理论的第一性原理方法和具有周期性的平板模型,利用高端计算设备研究Pt基催化剂上乙炔电化学合成草酸的吸附情况和反应机理。本文中主要讨论了乙炔电化学氧化合成草酸反应中的四个关键步骤:①CHCHO物种的形成②CHOCHO物种的形成③CHOCOOH物种的形成④COOHCOOH物种的形成,得到如下的几个主要的结论:(1)乙炔、乙二醛、乙醛醇、乙醛酸、乙二酸等物质分别采用平行桥位的吸附构型吸附在Pt(111)表面上,其吸附能分别为2.381、3.587、2.071、0.156、2.578eV。(2)O原子、OH自由基以及H2O分子分别以Fcc位、桥位O以及顶位O原子的吸附构型吸附在Pt(111)表面上。其吸附能分别是0.143、0.079及0.035eV。(3)①在CHCHO物种的形成过程中,反应的主要步骤是CHCH+OH→CHCHOH→CHCHO+H的反应中最容易发生,其次是CHCH+OH→CHCHOH+O→CHCHO+OH。②在CHOCHO物种的形成过程中,此步骤中主要发生的化学反应为CHCHO+O→CHOCHO。③在CHOCOOH物种的形成的过程中,反应的主要步骤是CHOCHO→CHOCO+OH→CHOCOOH其次是CHOCHO+OH→CHOCHOOH+O→CHOCOOH+OH两个反应,④在COOHCOOH物种的形成过程,反应的主要步骤是CHOCOOH→COCOOH+OH→COOHCOOH,因此乙炔氧化合成草酸的主要反应路径是CHCH+OH→CHCHOH→CHCHO+O→CHOCHO→CHOCO+OH→CHOCOOH→COCOOH+OH→COOHCOOH。