Luận án tiến sĩ: Lý thuyết cơ chế phản ứng và động học của gốc propargyl trong pha khí

• Tác giả: Phạm Văn Tiến
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Minh Huệ
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên cứu lý thuyết cơ chế phản ứng và động học gốc propargyl trong pha khí
• Loại tài liệu: luận án
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục đích nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 0.5. Tình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 0.6. Những điểm mới của luận án
• 0.7. Bố cục của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. Cơ sở lý thuyết hóa học lượng tử
• 1.2. Lý thuyết về động hóa học
• 1.2.1. Phương trình Schrodinger
• 1.2.2. Bộ hàm cơ sở
• 1.2.3. Giới thiệu cơ sở các phương pháp gần đúng hóa học lượng tử
• 1.2.4. Lý thuyết va chạm
• 1.2.5. Lý thuyết trạng thái chuyển tiếp
• 1.2.6. Thuyết RRKM
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ GỐC PROPARGLY VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH
• 2.1. Tổng quan về gốc tự do propargyl
• 2.2. Gốc tự do
• 2.3. Phương pháp tính
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Bề mặt thế năng (PES) của các hệ phản ứng
• 3.2. Phản ứng của gốc propargyl với nguyên tử H
• 3.3. Phản ứng của gốc propargyl với phân tử H2
• 3.4. Phản ứng của gốc propargyl với phân tử Oxy
• 3.5. Phản ứng của gốc propargyl với gốc OH
• 3.6. Phản ứng của gốc propargyl với nước
• 3.7. Phản ứng giữa gốc propargyl với phân tử NO
• 3.8. Phản ứng giữa gốc propargyl với phân tử NH3
• 3.9. Phản ứng của gốc propargyl với gốc CH3
• 3.10. Phản ứng giữa 2 gốc propargyl với nhau (C3H3 + C3H3)
• 3.11. Động học của các hệ phản ứng
• 3.11.1. Động học phản ứng của hệ C3H3 + H
• 3.11.2. Động học phản ứng của hệ C3H3 + H2
• 3.11.3. Động học của hệ phản ứng C3H3 + O2
• 3.11.4. Động học của hệ phản ứng C3H3 + OH
• 3.11.5. Động học phản ứng của hệ C3H3 + H2O
• 3.11.6. Động học phản ứng của hệ C3H3 + NO
• 3.11.7. Động học phản ứng của hệ C3H3 + NH3
• 3.11.8. Động học phản ứng của hệ C3H3 + CH3
• 3.11.9. Động học phản ứng của hệ C3H3 + C3H3
• KẾT LUẬN CHUNG
• KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH

I. Lý thuyết cơ chế phản ứng

Lý thuyết cơ chế phản ứng là nền tảng để hiểu rõ các quá trình hóa học xảy ra ở cấp độ phân tử. Trong nghiên cứu này, cơ chế phản ứng của gốc propargyl được phân tích chi tiết thông qua các phương pháp tính toán hóa học lượng tử. Các phương pháp như phiếm hàm mật độ (DFT) và tương tác chùm CCSD(T) được sử dụng để xác định các trạng thái chuyển tiếp và bề mặt thế năng (PES). Những kết quả này giúp làm sáng tỏ cách thức gốc propargyl tương tác với các chất khác trong pha khí, từ đó dự đoán hướng phản ứng và sản phẩm tạo thành.

1.1. Phương pháp tính toán hóa học lượng tử

Phương pháp hóa học lượng tử đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu cơ chế phản ứng. Sử dụng DFT và CCSD(T), nghiên cứu này đã xác định được các thông số nhiệt động học như biến thiên entanpi (∆H°298), entropi (∆S°298) và năng lượng tự do Gibbs (∆G°298). Các kết quả này không chỉ hỗ trợ giải thích các hiện tượng thực nghiệm mà còn dự đoán các phản ứng mới trong pha khí.

1.2. Bề mặt thế năng PES

Bề mặt thế năng là công cụ quan trọng để hiểu rõ cơ chế phản ứng. Trong nghiên cứu này, PES của các hệ phản ứng giữa gốc propargyl và các chất như H, H2, O2, OH, H2O, NO, NH3, CH3 và C3H3 được xây dựng chi tiết. Các điểm cực tiểu và trạng thái chuyển tiếp trên PES giúp xác định các đường phản ứng ưu tiên và sản phẩm chính.

II. Động học gốc propargyl

Động học gốc propargyl tập trung vào việc nghiên cứu tốc độ và hằng số tốc độ của các phản ứng trong pha khí. Nghiên cứu này sử dụng lý thuyết trạng thái chuyển tiếp (VTST) và định luật Arrhenius để tính toán hằng số tốc độ phản ứng trong khoảng nhiệt độ từ 300 đến 2000 K. Các kết quả cho thấy sự phụ thuộc mạnh mẽ của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ, đồng thời cung cấp thông tin chi tiết về các đường phản ứng ưu tiên.

2.1. Hằng số tốc độ phản ứng

Hằng số tốc độ phản ứng được tính toán cho các hệ phản ứng giữa gốc propargyl và các chất như H, H2, O2, OH, H2O, NO, NH3, CH3 và C3H3. Các giá trị này được so sánh với kết quả thực nghiệm từ các nghiên cứu trước đây, cho thấy độ chính xác cao của phương pháp tính toán lý thuyết.

2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong động học phản ứng. Nghiên cứu này đã xác định được sự phụ thuộc của hằng số tốc độ vào nhiệt độ thông qua biểu thức Arrhenius. Kết quả cho thấy, ở nhiệt độ cao, tốc độ phản ứng tăng đáng kể, đặc biệt trong các hệ phản ứng với O2 và OH.

III. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về cơ chế phản ứng và động học gốc propargyl có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực thực tiễn. Gốc propargyl đóng vai trò chính trong quá trình đốt cháy nhiên liệu và hình thành các hợp chất thơm như benzen. Hiểu rõ cơ chế phản ứng của nó giúp cải thiện hiệu suất đốt cháy và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

3.1. Ứng dụng trong công nghiệp

Trong công nghiệp, nghiên cứu này hỗ trợ tối ưu hóa các quá trình đốt cháy nhiên liệu, giảm thiểu sản phẩm phụ độc hại. Gốc propargyl cũng là tiền chất quan trọng trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ phức tạp.

3.2. Ứng dụng trong môi trường

Hiểu biết về động học phản ứng của gốc propargyl giúp đánh giá tác động của nó đến môi trường, đặc biệt trong quá trình hình thành các chất ô nhiễm như NOx và các hợp chất thơm đa vòng.