杨瑞彩

（河南工业和信息化职业学院，河南焦作 454000）

从化学品自身角度来讲，相比于其他种类的化学品，烯烃的产量较大，且在碳碳双键的作用下，其更容易发生聚合反应或是加成反应。将氢气与吸净组合到一起进行加成反应的方法现阶段已经广泛应用于科学研究中，相关技术已经十分成熟，而近几年，研究者开始关注金属Mo这种新型的催化剂，其在加氢反应的应用中也越来越广泛，具有较好的催化效果，本文主要针对相关问题进行了具体研究。

1 新型催化剂Mo配合物催化乙烯加氢反应的过程

首先，要在无催化的大背景下模拟乙烯加氢的反应，反应过程中，反应势能面和过渡态的结构呈现出了多样化的趋势，从最终的反应结果来看，要想得到C2H6，只需要1个过渡态即可，主要的反应原料是C2H4和H2，从TS的角度来看，在实际进行加成反应的过程中出现了一个四元环，H—H键的长度和C—C键的长度都有所增加，但是H（1）和C（1）的长度有缩短的趋势，因此，要想直接进行加氢操作，难度相对较大。

本次研究中，研究人员主要使用新型催化剂Mo配合物催化乙烯加氢进行了反应机理的相关研究。

2 新型催化剂Mo配合物催化乙烯加氢对最终反应结果的影响

C2H4在实际进行加氢反应的过程中，如果使用Mo进行催化，从反应途径的角度来讲大致可以分成两种，第一种是“IM1+C2H4”，第二种是“IM2+H2”，其中，第二种反应途径又可以分为两个方面，在C2H4最初开始进行加氢反应的阶段，如果直接使用Mo进行催化，H2和Mo可以直接实现高质量的配合，与此同时，C2H4和Mo也能实现较高质量的配合，在此基础上，有效提升IM2和IM1两种物质的稳定性，从结合能的角度来讲，两种反应方式分别可以达到134kJ/mol和319kJ/mol。从实际的反应结果来看，相比于催化物Mo作用之前，原本处于IM1中的H（1）—H（2）键和原本处于IM2中的C（1）—C（2）键长度均有增加的趋势，但是，增加的幅度相对较小，说明在实际反应的过程中，两个化学键都有被削弱的趋势。

而在第一种途径中，实际反应的过程中IM1会与C2H4呈现出逐渐接近的反应态势，随着两者之间距离的拉近，IM1中的H-H键也会相应的受到影响，当距离拉近到一定程度，H—H键就会自然断裂，进而形成H原子，Mo原子会与其中一个被释放出来的H键组合，成为独立的化学键。而随着与C2H4距离的进一步拉近，Mo原子和H原子又会逐渐分离，在此基础上持续接近C原子，形成新的化学键，TS1过渡态也会在此过程中实现转化，在这一结构中，Mo原子和原有的两个H原子之间的距离也会缩小，小于IM1距离。在此过程中，在反应物C2H4的作用下，C（1）—C（2）反应键的长度也会相应的提升，直到进入到IM4后，长度会继续提升，直到IM4在反应的过程中发生分解，最终转化成Mo原子和C2H4原子，从而有效降低加氢反应的难度。

“IM2+H2”反应途径中，实际反应路径大致可以分为以下两种，第一种是IM2+H2先向着TS2转化，再转化成IM4（R2）；第二种是IM2+H2先向着IM3转化，再转化成TS3，最后再转化成IM4（R3）。在第一种转化方式中，Mo原子侧面的碳碳双键会受到H2的攻击，在此基础上，在过渡态TS2的作用下转化成IM4，从反应过程来看，TS2这种结构中，H2加成的流程十分接近于在没有催化剂的情况下TS的结构。在TS2的结构中，以TS结构作为参照，C（1）—C（2）反应键的长度也会相应的提升，需要注意的是，C（1）—C（2）和C（1）—H（1）两个化学键之间的距离会相应缩小，在这一路径中，测得的活化能为356kJ/mol，在没有使用催化剂的前提下，两者之间的活化能没有明显差异，但是在过渡态的能量方面会出现较大的差异。在第二种路径中，即R3的路径中，在对于Mo原子的碳碳双键进行攻击的过程中，H2会从同侧进行攻击，在过渡态正式形成之前，出现中间体IM3的概率相对较高，之后会在过渡态TS3的作用下向着IM4转化。TS3结构的角度来讲，C（1）原子、C（2）原子、Mo原子在反应的过程中会分别与H（1）原子以及H（2）原子相结合，最终形成一个四元环。

为了清楚Mo配合物在反应的过程中，使用不同配体可能给催化性能带来的影响，研究人员模拟了三种Mo配合物在催化C2H4过程中的加氢反应，同时以反应过程为主要依据，绘制了在对C2H4进行催化的过程中催化剂的加氢反应路径以及具体的相对能量变化图，同时绘制了三种催化剂在实际反应的过程中出现的过渡态结构和中间体。

从绘制结果来看，三种催化剂的反应路径无明显差异，过渡态的结构和中间体也呈现较大相似性，最显著的差异是活化能的差异以及结构参数的差异，催化剂会先与H2发生催化反应，同时与C2H4发生加成反应，这也在一定程度上间接验证了前面的结论，说明在没有催化剂的情况下，这条路径的反应难度相对较高，只有在H2从同侧展开攻击活动的过程中，反应的难度才能真正得到有效控制。而从异侧加成的角度来看，由于活化能相对较高，从反应路径的角度来讲，活化能与无催化剂情况下相似，这间接说明了这一路径的实现难度相对较高。从上述研究结果来看，研究人员在确定反应路径时，需要充分考虑现实情况，在充分了解原子特性的基础上，选择最恰当的反应方式，最大限度地降低反应出现问题的概率。

从IM1的角度来看，研究人员在研究的过程中得出了这样的结论，IM1在能量最低的情况下，大约可以达到-310kJ/mol，说明在所有中间体中，这是最稳定的一种形式，从结构参数的角度来看，IM1中间体中，H与Mo之间的距离也达到了最高值。由此可以得出结论，Mo原子与H原子之间的距离越接近，中间体结构的稳定性越高。

3 新型催化剂Mo配合物催化乙烯加氢的反应机理

从本质角度来讲，乙烯加氢反应就是C—C化学键和H—H化学键断裂之后，C原子和H原子之间的重新组合，重新形成C—H化学键。但是在此过程中，C—C化学键和H—H化学键的轨道能级差也会相应的发生变化，电子跃迁的难度会增加，因此，很难直接形成乙烯加氢反应。

对反应过程中的势能面变化情况进行分析，在加入催化剂的情况下，实际反应过程中活化能也会相应的受到抑制，因此，为了有效分析新型催化剂Mo的催化机理，以其中一种Mo原子为例，分析了自然界轨道，从分析结果来看，H2在与催化剂Mo作用的过程中，会直接形成中间体IM1，在这一过程中，H2成键轨道的占据数也会相应受到抑制，但是反键轨道的占据数会相应的扩大，在此基础上，有效削弱H—H化学键的强度。与此同时，在形成IM1之后，H—H的轨道能级会缩小2.44左右，同时，C—C化学键和H-H化学键的能级差也会相应的受到影响，进而降低电子在不同轨道间跃迁的难度，达到控制加氢反应难度的目标。

而从C2H4在与催化剂Mo反应过程中形成中间体IM2的角度来看，结果与中间体IMI的形成过程存在较大的差异，IM2中间体中的C原子和C原子之间会实现重新组合，产生新的化学键，在此基础上，使C—C化学键和H—H化学键的能级差得到削弱，达到推动C2H4和H2产生加成反应的目的。

4 结束语

综上所述，本次研究主要使用的是密度泛涵理论体系下的DFT方法，研究了C2H4加氢反应实现过程中使用新型催化剂Mo的效果，从理论角度出发研究了相应的反应机理。研究结果显示，这种反应方式具有很好的前景，在未来的研究领域以及生产领域具有非常高的推广价值。但是，要最终保证反应效果，两种反应路径需要根据现实情况合理选择，在此基础上，有效降低反应难度，提升反应效益。