理论与实验研究苯并噻吩的氧化

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摘要：采用密度泛函理论（DFT）计算苯并噻吩及其氧化产物，用循环伏安法研究了苯并噻吩的电化学行为，结果表明其在多壁纳米碳管（MWCNT）/玻碳电极(GCE)及金电极（GE）上的实验标准电位分别为为1.188及1.064V，与B3LYP/6-31++g(d, p)-PCM水平的理论计算值1.087V 一致。采用前线轨道与Mülliken电荷解释了苯并噻吩的电化学行为。根据平衡理论，苯并噻吩/过氧化氢氧化脱硫体系中的实验平衡常数是2.88×1039， B3LYP/6-31++g(d, p)水平下的理论平衡常数是6.02×1046。60918

毕业论文关键词：DFT，苯并噻吩，标准电位，氧化脱硫

Abstract: DFT calculations were performed for benzothiophene and benzothiophene sulfone. The electrochemical behavior of benzothiophene was investigated by cyclic voltammety and the results show that the standard electrode potential for benzothiophene sulfone/benzothiophene is 1.188V at multi-walled carbon nanotube/glassy carbon electrode and 1.064V at gold electrode, respectively，which are consistent with the theoretical results of 1.087V at B3LYP/6-31++g (d, p) level. The front orbit theory and Mülliken charges of moleculer explain well on the electrochemical oxidation of benzothiophene. The experimental equilibrium constant for benzothiophene in the oxidative desulfurization of H2O2 is 2.88×1039, and the theoretical equilibrium constant is calculated to be 6.02×1046 at B3LYP/6-31++g(d, p) level.

Keywords: DFT, benzothiophene, standard electrode potential, oxidative desulfurization

1 前言 3

2 实验部分 4

2.1 化学试剂 4

2.2 电极的制备 4

2.3 仪器 4

3 计算方法 4

4 结果与讨论 4

4.1 BT的循环伏安图 4

4.2 分子的几何构型 6

4.3 分子的前线轨道 10

4.4 分子的Mülliken电荷 11

4.5 标准电位的理论计算 12

4.6 平衡常数的计算 12

结论 14

参考文献 14

致谢 15

1 前言

燃油中含有大量硫化物，内燃机燃烧排放大量含硫污染物，可导致严重的环境污染、形成酸雨、烟雾，并对燃油发动机及工厂设备有腐蚀作用[1]。选择性吸附脱硫[2-5]、萃取脱硫[5]、生物氧化[6，7]已有报道，其中氧化脱硫可获得深度脱硫 [8-10] 。加氢脱硫为炼油企业广泛采用，但反应温度高，压力大，且需要加入昂贵的氢气，不能达到深度脱硫目的。而氧化脱硫技术成本低，反应条件温和，可获得深度脱硫，因而成为研究热点。

氧化还原反应的限度是由其标准电位决定的，因而燃油中硫化物的标准电位具有理论和实际应用价值。氧化脱硫技术可以将硫化物氧化为极性砜，可以从燃油中分离，图1为苯并噻吩的氧化反应，BT(O) 为氧化态, BT(R)为还原态。

苯并噻吩的氧化反应