冯晓鸣，冯永新，刘亚明，李方勇

（广东电网有限责任公司电力科学研究院，广州 510080）

基于密度泛函理论的CuO氧载体释氧机理研究*

冯晓鸣，冯永新，刘亚明†，李方勇

（广东电网有限责任公司电力科学研究院，广州 510080）

化学链氧解耦（CLOU）是基于化学链燃烧（CLC）技术的一种新型燃烧方式，具有CO2内分离的优良特性。具有良好吸氧释氧性能的氧载体是CLOU技术的关键，其宏观层面的反应性决定于其微观层面的晶格氧传输机理，但目前对这种微观机理的研究非常缺乏。本文采用量子化学计算方法——密度泛函理论（DFT）研究 CuO氧载体释氧的微观机理，构建了CuO团簇及CuO平板模型，模拟团簇及表面的释氧过程。CuO平板模型释氧包括O原子在CuO内部扩散、表面O2的形成及释放过程。结果表明：CuO（111）表面释氧过程的最高能量势垒为3.16 eV，与实验值3.39 eV接近，低于CuO团簇模型的释氧能量势垒3.51 eV；此外，O原子在CuO（111）内部的扩散势垒仅为0.87 eV，说明CuO（111） 释氧的限制步骤是表面O2的形成过程。

密度泛函理论（DFT）；化学链氧解耦；铜基氧载体；释氧动力学

0 前 言

化学链氧解耦（chemical looping with oxygen uncoupling，CLOU）是基于化学链燃烧（chemical looping combustion，CLC）提出的一种新型的燃烧技术。传统的CLC中燃料的燃烧借助于氧载体传递的活性晶格氧，而CLOU中燃料的燃烧借助于氧载体释放的O2分子，可以大大加快燃料与氧载体的反应速率。CLOU过程可分为三步：首先是氧载体MeOx在燃料反应器中释放 O2（高温）；随后燃料与氧载体释放的O2发生反应，生成CO2和水蒸气，水蒸气被冷凝之后便可得到高纯度的 CO2，同时氧载体逐渐转变为低氧势的 MeOx-1；……