化学链过程中Cu低浓度掺杂改性Fe-基载氧体反应性能：实验与理论模拟

• 作者: 袁妮妮 白红存 安梅 胡修德 郭庆杰
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 化学链 Cu掺杂 Fe-基载氧体 氢 微观结构 计算化学
• 年，卷（期）: 2021,（11）
• 所属期刊栏目: 能源和环境工程
• 页码范围: 5294-5302
• 页数: 8页
• 分类号: TQ530.11
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20200307

摘要

基于热重实验（TGA）和密度泛函理论（DFT）计算，对Cu低浓度掺杂Fe2O3载氧体（Cu-Fe2O3）与H2在化学链燃烧过程中反应活性和微观分子反应机理进行研究。TGA结果显示，Cu低浓度掺杂降低Fe2O3载氧体与H2反应表观活化能Ea （从83.9kJ/mol降低至72.3kJ/mol），因此，低浓度Cu掺杂由于原子尺度Cu掺杂缺陷的引入的确提高了Fe2O3载氧体转化率和晶格氧释放速率。DFT计算从分子水平证实Cu低浓度掺杂改变了Fe2O3载氧体与H2反应路径，路径分析表明，Cu掺杂使Fe2O3载氧体与H2反应能垒从2.30eV分别降低至1.81eV（Fe原子top位反应）和1.68eV（Cu原子top位反应），Cu掺杂的Fe-基载氧体的氢还原反应优先发生在掺杂的Cu原子位，其次为Fe原子位。此外，计算结果表明，因Cu-O和Cu-Fe键的引入，低浓度Cu掺杂改变了Fe2O3载氧体微观结构，这对于载氧体的晶格氧快速释放是有利的。