本文选自《工程热物理学报》2022年第43卷

富氧燃烧中H2O对焦炭还原NO影响的量子化学研究

王传浩  李诗媛

(北京科技大学能源与环境工程学院， 北京100080)

 摘 要

为明确富氧燃烧氛围中H2O对焦炭异相还原NO的影响，基于密度泛函理论和过渡态理论，选取Zigzag型焦炭模型，对H2O存在下焦炭异相还原NO反应的路径和机理进行了探索。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。研究表明，从反应路径上，反应气氛中羟基的存在改变了焦炭结构和焦炭表面上原有活性点位的分布，缩短了N2生成的反应过程。从热力学角度来看，无羟基的焦炭还原NO反应决速步的能垒为192.66 kJ/mol；引入羟基之后，决速步的能垒降低至102.46 kJ/mol。动力学分析结果也表明，在600∼1800 K的温度区间里，引入羟基后的焦炭还原NO反应速率常数更大而活化能更小，焦炭结构中羟基的存在促进了NO的异相还原，进而说明H2O对焦炭异相还原NO存在促进作用。

关键词：高浓度O2/CO2/H2O燃烧；H2O；羟基；NO异相还原；密度泛函理论