在化学链燃烧(CLC)过程中,载氧体表面的原子结构和电子特性决定了其化学反应活性.本文以Fe_2O_3为载氧体,探讨了其自然条件下主要裸露的高米勒数指表面(1-1 2)的结构性质,研究发现表面不同配位数的氧和铁原子(包括O2f、O3f、O4f、Fe4f和...在化学链燃烧(CLC)过程中,载氧体表面的原子结构和电子特性决定了其化学反应活性.本文以Fe_2O_3为载氧体,探讨了其自然条件下主要裸露的高米勒数指表面(1-1 2)的结构性质,研究发现表面不同配位数的氧和铁原子(包括O2f、O3f、O4f、Fe4f和Fe5f)的键参数、电子态密度及电荷布居等存在明显差异.为探究这种差异对Fe_2O_3反应活性的影响,对比分析了CO在表面5种氧和铁原子位生成CO_2的吸附-反应机理.CO在表面低配位O原子O2f和O3f首先形成物理吸附,然后被晶格氧氧化生成CO_2,反应需要克服能垒分别为3.657 e V和3.401 e V;然而,CO在O4f位吸附时,首先克服1.864 e V能垒形成二齿形碳酸盐物种,之后克服1.097 e V的能垒形成CO_2.当CO在Fe4f和Fe5f位吸附时,CO与Fe原子成键,后经过活化与表面O原子成键,形成二齿形碳酸盐物种,能垒分别为0.416和0.219 e V,最终碳酸盐物种分别克服0.500和1.462e V的能垒生成CO_2.因此,可以推断表面高配位数的O4f、Fe4f和Fe5f原子,由于其较高的氧化态,在化学链燃烧过程中充当活性位的作用.本研究有助于了解铁基载氧体表面化学链燃烧反应的微观机理,并为载氧体表面结构性能调控制备提供理论借鉴.展开更多
文摘在化学链燃烧(CLC)过程中,载氧体表面的原子结构和电子特性决定了其化学反应活性.本文以Fe_2O_3为载氧体,探讨了其自然条件下主要裸露的高米勒数指表面(1-1 2)的结构性质,研究发现表面不同配位数的氧和铁原子(包括O2f、O3f、O4f、Fe4f和Fe5f)的键参数、电子态密度及电荷布居等存在明显差异.为探究这种差异对Fe_2O_3反应活性的影响,对比分析了CO在表面5种氧和铁原子位生成CO_2的吸附-反应机理.CO在表面低配位O原子O2f和O3f首先形成物理吸附,然后被晶格氧氧化生成CO_2,反应需要克服能垒分别为3.657 e V和3.401 e V;然而,CO在O4f位吸附时,首先克服1.864 e V能垒形成二齿形碳酸盐物种,之后克服1.097 e V的能垒形成CO_2.当CO在Fe4f和Fe5f位吸附时,CO与Fe原子成键,后经过活化与表面O原子成键,形成二齿形碳酸盐物种,能垒分别为0.416和0.219 e V,最终碳酸盐物种分别克服0.500和1.462e V的能垒生成CO_2.因此,可以推断表面高配位数的O4f、Fe4f和Fe5f原子,由于其较高的氧化态,在化学链燃烧过程中充当活性位的作用.本研究有助于了解铁基载氧体表面化学链燃烧反应的微观机理,并为载氧体表面结构性能调控制备提供理论借鉴.
