化学链重整反应中含氧空位α-Fe_(2)O_(3)(001)表面CO反应行为的密度泛函理论研究

作     者：张慧欣 黄正清 班涛 苏雪 杨伯伦 常春然 Hui-Xin Zhang;Zheng-Qing Huang;Tao Ban;Xue Su;Bolun Yang;Chun-Ran Chang

作者机构：西安交通大学化学工程与技术学院陕西省能源化工过程强化重点实验室西安710049 榆林学院化学与化工学院陕西省低变质煤洁净利用重点实验室榆林719000 

出 版 物：《Chinese Journal of Chemical Physics》 (化学物理学报（英文）)

年 卷 期：2024年第37卷第1期

页      面：116-124,I0112-I0116,I0119页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(No.22038011,No.22078257,No.22108213,No.52176142) the China Postdoctoral Science Foundation(2021M692548) the Joint Fund of the Yulin University and the Dalian National Laboratory for Clean Energy(Grant YLU-DNL Fund 2022001) the Young Talent Support Plan of Shaanxi Province 

主　　题：化学链重整 甲烷 Fe_(2)O_(3) 氧空位 密度泛函理论 

摘      要：化学链甲烷重整是利用甲烷制备合成气(CO和H_(2))具有广阔前景的方法之一,其中CO在氧载体表面上的进一步反应对CO选择性起主要决定作用.本文采用密度泛函理论系统地研究了α-Fe_(2)O_(3)(001)氧空位对CO脱附、CO氧化和CO解离的影响.计算结果表明,增加氧空位浓度会导致Fe原子中的电子局域化增强,从而削弱Fe位点上CO的脱附能力.此外,氧空位浓度从1/12 ML增加到1/6 ML会导致CO氧化能垒从0.64 eV增加到1.10 eV.增加氧空位浓度虽有利于CO解离,但由于解离反应的高能垒(大于3.00 eV),CO的解离仍然很难发生.综合考虑三条反应途径,CO脱附可以在高于900K的反应温度下自发进行.增加氧空位浓度可以提高合成气选择性,因为在高氧空位浓度(1/6 ML)下,相比于CO脱附,CO氧化的竞争性减弱.这项研究揭示了在Fe_(2)O_(3)的还原程度增加时,化学链甲烷重整中CO选择性增强的微观机制.