羟基（ OH）对煤自燃侧链活性基团氧化反应特性的影响 论文

本篇论文探讨了羟基（—OH）对煤自燃侧链活性基团氧化反应特性的影响，具体地，研究者通过构建基于羟基和煤自燃侧链活性基团的小分子结构模型，运用密度泛函理论（DFT）以及前线轨道和量子化学理论，通过Gaussian 16软件模拟计算了小分子模型的静电势、前线轨道能级、电荷分布以及煤氧复合反应过程中的热力学参数，揭示了侧链活性基团在低温氧化过程中的特性，并分析了羟基对这些特性的影响。研究者指出，煤的结构及其氧化反应机理复杂，难以直接观测与解释。针对此问题，本研究以羟基（—OH）和煤自燃侧链活性基团—OCH、—CHOHCH3、—OCH3等作为研究对象，构建了六个小分子模型。通过B3LYP-311G(d,p)方法的密度泛函理论计算，研究了这些小分子模型的特性。在此基础上，利用前线轨道理论和量子化学理论，对模型的静电势、前线轨道能级及电荷分布进行了分析。同时，也对煤氧复合反应过程中的热力学参数进行了模拟计算。研究结果显示，在侧链活性结构中，氢原子周围的正电势较高，是亲核反应的活性位点；而氧原子附近的负电势较强，是亲电反应的活性位点。当羟基处于侧链活性基团邻位时，会减弱侧链活性基团的亲电反应能力，并增加其亲核反应能力。通过分析活性基团的最高占据轨道（HOMO）和最低未占据轨道（LUMO）的特性，可以发现侧链活性基团的稳定性与前线轨道的成键能力并不一致。活性基团与氧气发生复合反应的难易程度，主要取决于该基团前线轨道上的电子特性。因此，羟基与侧链基团共存时，会改变侧链活性基团与氧气的复合反应特性，使得原本自发的放热反应转变为非自发的吸热反应，使得复合反应更容易发生。此外，论文中提到的静电势分析揭示了亲核反应和亲电反应活性位点的电荷分布状态，从而解释了羟基对侧链活性基团反应特性的影响机制。焓变和吉布斯自由能等热力学参数的模拟计算，进一步为理解煤自燃反应提供了科学依据。通过本研究，不仅在理论上为揭示煤自燃的微观作用机理提供了新的视角，也为研发煤自燃新型高效阻化材料提供了科学的参考。这些成果有助于增强我们对于煤自燃现象的理解，促进煤炭安全利用，减少煤矿火灾等安全事故的发生。关键词“煤自燃”、“活性基团”、“静电势”、“前线轨道”、“焓变”、“吉布斯自由能”涉及到了煤自燃现象研究的核心概念，其中“活性基团”是指在煤分子结构中能够参与化学反应的官能团，而“静电势”、“前线轨道”、“焓变”、“吉布斯自由能”则涉及到这些活性基团的反应活性和反应方向性的相关理论分析工具。