ZnO对于CaO吸附CO_(2)性能影响的DFT研究

摘要

通过挤出成型法制备了ZnO掺杂CaO吸附剂,研究ZnO掺杂CaO吸附剂的CO_(2)吸附性能。基于密度泛函理论,建立CaO(001)和Zn-CaO(001)表面模型,计算2种材料吸附CO_(2)的构型、吸附能、分态密度以及差分电子密度,通过对比改性前后2种材料的计算结果,从微观原子层面揭示ZnO掺杂对CaO吸附CO_(2)性能的影响机理。研究结果表明:随着ZnO添加量从1%增加到5%,CaO的CO_(2)吸附性能随之增加。当ZnO添加量为3%时,ZnO/CaO吸附剂第1次和第5次循环的碳酸化转化率分别为0.86和0.76。加入ZnO后,CO_(2)吸附能由-1.184 eV下降为-1.947 eV,且相比于Ca原子,Zn原子与O原子之间存在更多的共振峰,Zn-CaO(001)表面的Zn原子、C原子与O原子在-6.06 eV处出现高态密度的3个原子电子轨道共振峰,这表明掺杂ZnO提高了CaO结构的稳定性,且Zn原子、表面O原子与C原子之间有更多的电荷转移。Zn原子与O原子间的电荷转移提高了O原子的反应活性,使其更易与C原子成键,导致CO_(2)以CO32-的结构吸附在ZnO/CaO表面。因此,ZnO提高了CaO的CO_(2)吸附性能,是一种理想的添加剂。