Quantum chemical simulation of NO reduction by ammonia (SCR reaction) on V2O5 catalyst surface
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2003
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ALPER UZUN
Danışman: IŞIK ÖNAL
Özet:NO'nun amonyak ile V205 yüzeyi üzerindeki seçici katalitik indirgenme (SCR) reaksiyonu B3LYP/6-31G** düzeyinde uygulanan elektron yoğunluk teorisi (DFT) hesaplamaları ile simüle edilmiştir. Başlangıç reaksiyonu olarak amonyağın V205 üzerindeki etkileşimi incelenmiştir. Koordinat yürütme hesaplamaları yardımıyla amonyağın bronsted asidik V-OH sitesi üzerine IMH4+ olarak adsorbe olduğu gözlenmiştir. Aktivasyon enerjisine gerek duymayan bu reaksiyon için relatif enerji -23.6kcal/mol olarak hesaplanmıştır. Optimize edilmiş son geometrideki titreşim frekansları deneysel literatüre çok yakın olarak 1421, 1650, 2857 ve 2900 cm"1 bulunmuştur. Bronsted asidik NH3 adsorpsiyonu için -17.1kcal/mol relatif enerjisine sahip bir geçiş durumu da elde edilmiştir. Lewis asidik amonyak adsorpsiyonu için yapılan hesaplamalar sonucunda amonyağın bu site üzerine zorlukla adsorbe olduğu ortaya çıkmıştır. Bu yüzden SCR reaksiyonunu başlatan reaksiyonun daha yüksek ihtimalle amonyağın Bronsted asidik V-OH sitesi üzerindeki adsorpsiyonunun olduğuna karar verilmiştir. SCR'nin ikinci adımı olarak NO'nun önceki adımda yüzeye adsorbe olmuş NH4+ iyonu ile etkileşimi incelenmiştir. Bu etkileşim sonucunda NH2NO'nun 6.4kcal/mol'luk bir enerji farkı ile ortaya çıktığı saptanmıştır. Reaksiyonun geri kalanı için l\IH2NO'nun gaz fazındaki parçalanma reaksiyonu incelenmiştir. Bu reaksiyonun ilk iki adımında hidrojen atomalarından biri oksijen atomuna bağlanarak O-N bağına göre cis yapısından trans yapısına isomerize olmaktadır. Sonraki adımlarda ise diğer hidrojen atomu N-IM bağına göre isomerleşme reaksiyonu geçirerek trans yapısından cis yapısına geçmektedir. Bu reaksiyonlar serisinin son adımında da önceki adımda isomerize olan hidrojen atomu oksijen atomuna bağlanarak N2 ve H20'yu oluşturmaktadır. NH2NO'nun parçalanmasındaki bütün bu reaksiyonların toplam relatif enerjisi literatür ile uyumlu olarak -60.12kcal/mol olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Seçici Katalitik İndirgenme (SCR), NOx İndirgenmesi, Quantum Kimyasal Hesaplamalar, Elektron Yoğunluk Teorisi (DFT), V205