基于密度泛函理论的CO2氧化含氮焦炭的机理研究

作者：周赛; 刘虎^*; 于鹏飞; 袁茂博; 薛景文; 车得福

来源：燃料化学学报, 2022, 50(01): 19-27.

DOI：10.19906/j.cnki.jfct.2021061

• 二氧化碳
• 含氮焦炭
• 异相氧化
• 一氧化碳
• 一氧化氮
• 密度泛函理论

本研究基于密度泛函理论,选取简化的含吡咯氮(N-5)或吡啶氮(N-6)焦炭模型,在分子水平上对CO2氧化含氮焦炭的异相反应机理进行研究。结构优化采用B3LYP-D3/6-31G(d)方法,单点能计算采用B3LYP-D3/def2-TZVP方法。计算结果表明,CO2氧化含氮焦炭过程分为CO2吸附、CO脱附和NO脱附三个阶段。CO2异相氧化含吡咯氮焦炭的反应中,CO2分子倾向于以C-O-down模式(N-O结合、C-C结合)吸附形成含氮和氧的五元杂环结构。然后五元环中原CO2分子的C-O键断裂形成表面羰基和表面氮氧结构,分别解吸附出CO和NO。该反应吸热401.2 kJ/mol,决速步能垒为197.6 kJ/mol。CO2异相氧化含吡啶氮焦炭的反应中,CO2分子以C-O-down和C-C结合、C-O结合模式吸附后倾向于先形成含氮和氧的六元杂环,再发生CO和NO分子的脱附。该反应吸收598.6 kJ/mol的热量,决速步能垒为292.0 kJ/mol。

• 单位
  西安交通大学; 动力工程多相流国家重点实验室