电力与电子技术Power&ElectronicalTechnology电子技术与软件工程ElectronicTechnology&SoftwareEngineering87科学技术的不断发展将理论计算推向了新的高度，也对化学化工类本科生的培养提出了更高的要求[1]。在这种背景下，使本科生掌握相关的计算方法，培养其实际操作能力成为教学工作的重要组成部分。在当代本科生常用的物理化学教材中，反应动力学这一单元占据着的重要地位。在该单元中教材着重强调了反应速率常数，反应活化能等重要概念，并讲解了以过渡态理论为主的催化原理相关知识[2]。但是在教学过程中，学生只是了解了这些概念，但对如何利用这些概念去解决催化反应机理研究中遇到的问题，尤其是如何去得到反应活化能，以进一步判断反应的进行方向问题上，有着一定欠缺。科研工作者在有关过渡态方面做了大量的研究，这也进一步说明理论计算与实验相结合在本科教学工作中的重要性与必要性[3]。1实验目的通过利用量子化学计算方法，探索氮还原反应在氢覆盖铁掺杂二氧化钛催化剂上的反应路径问题，达到以下教学目的：（1）使学生更加深刻地理解量子化学与物理化学的相关知识；（2）掌握量子化学计算的概念与基本操作技能；（3）能够利用量子化学方法计算简单反应的动力学能垒和反应热。2实验原理通过量子化学计算方法确定某一反应的动力学能垒以及其反应热的大小，需要使用量子化学计算包ViennaAb-initioSimulationPackage(VASP)，再在电脑上通过一些配套的软件进行操作，即可顺利的完成结构弛豫、过渡态搜索等操作，进而得到动力学能垒与反应热的数据。对于催化剂的选取，本实验以常见的氮还原催化剂Fe掺杂TiO2在酸性电解质下的反应为模型，研究该催化剂氮还原反应路径。从图1中可以看出，在氮还原反应历程中，对于NNH这一活性中间体的下一步反应来说有着两种反应路径，分别是远端（distal）反应路径，量子化学计算实验设计及催化反应路径研究刘桂华武兰兰杜晓航罗寓洪曹书镒（河北工业大学化工学院天津市300130）摘要：本文介绍了一个面向新时代高年级本科生的量子化学计算实验，通过量子化学计算方法，结合电催化氮还原反应的知识，从电子、原子尺度上研究铁掺杂二氧化钛催化氮还原反应过程的反应机理，揭示其最优的催化反应路径。通过此实验，使得学生能够更加深刻的理解量子化学与物理化学的相关知识，帮助学生了解有关量子化学计算的概念与基本操作技能，尤其是对如何利用量子化学方法，确定催化过程反应路径的问题有更深层次的理解，...
