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Fe3O4(001)-B表面水煤气变换反应机理第一性原理研究
引用本文:孟宇,刘小艳,陈娟,马亚军,赵姝.Fe3O4(001)-B表面水煤气变换反应机理第一性原理研究[J].燃料化学学报,2020,48(5):601-609.
作者姓名:孟宇  刘小艳  陈娟  马亚军  赵姝
作者单位:榆林学院 陕西省低变质煤洁净利用重点实验室,陕西 榆林 719000;中国科学院山西煤炭化学研究所 煤转化国家重点实验室,山西 太原 030001;榆林学院 陕西省低变质煤洁净利用重点实验室,陕西 榆林 719000;北京工业大学 材料学院,北京 100124
基金项目:陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2019JQ-905,2018JZ2004),陕西省教育厅科研计划项目资助(19JS071),榆林市2019年科技计划项目(2019-83-1),榆林学院博士科研启动基金 (17GK12,17GK13)和煤转化国家重点实验室开放课题基金(J20-21-908)资助
摘    要:采用自旋极化的密度泛函理论方法系统地研究了Fe_3O_4(001)-B表面水煤气变换的反应机理,计算了整个反应历程。结果表明,对于Fe_3O_4(001)-B表面上的水煤气变换反应,氧化还原、联合和再生三种反应路径共存,但氧化还原和联合机理的有效能垒较低,因而更占优势。对于生成H_2的基元反应,其活性受表面H浓度和催化剂表面O缺陷浓度影响;较高的表面H浓度和O缺陷浓度均有利于H_2生成。这些结果有助于进一步认识铁氧催化剂上的水煤气变换反应机理。

关 键 词:水煤气变换反应  Fe3O4(001)-B表面  反应机理  第一性原理
收稿时间:2020-02-20

First-principle study on the reaction mechanism of water-gas shift on the Fe3O4 (001)-B surface
MENG Yu,LIU Xiao-yan,CHEN Juan,MA Ya-jun,ZHAO Shu.First-principle study on the reaction mechanism of water-gas shift on the Fe3O4 (001)-B surface[J].Journal of Fuel Chemistry and Technology,2020,48(5):601-609.
Authors:MENG Yu  LIU Xiao-yan  CHEN Juan  MA Ya-jun  ZHAO Shu
Abstract:The reaction mechanism of water-gas shift (WGS) on the Fe3O4 (001)-B surface was systematically studied by using the density functional theory (DFT) calculation with spin polarization. The results show that for the WGS on the Fe3O4 (001)-B surface, three reaction routes including redox, association and regeneration ones coexist, though the redox and association routes may be more important with much lower effective energy barriers. The elementary reaction of H2 formation is influenced by the concentrations of surface H and O defects; higher concentrations of H species and O defects on the catalyst surface are beneficial to the formation of H2. These results should be helpful for a better understanding of the WGS reaction mechanism on the iron-oxygen catalyst.
Keywords:water-gas shift reaction  Fe3O4 (001)-B  reaction mechanism  first principle  
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