基于分子动力学的铜基氧载体抗烧结性能研究

摘要

铜基氧载体作为CLOU技术应用最广且最有前景的氧载体，具有反应活性好载氧量高等诸多优势，但在高温下却常常容易发生烧结，影响了氧载体的使用寿命，制约了CLOU技术的进一步发展。对于Cu基氧载体烧结过程的微观研究将有助于了解其烧结的微观机理，进一步为高抗烧结性氧载体的主动设计打下基础，促进CLOU技术的发展。
　　本文基于分子动力学方法，对高温下Cu氧载体内部纯CuO团簇及负载在惰性负载表面CuO成分间的烧结进行了系统的计算研究。首先是纯CuO团簇的高温研究：在973K到1273K下CuO中Cu-O键的键长保持不变，团簇内部原子呈现出规律的晶格排列。在CuO团簇互相烧结过程中，团簇的烧结接触面具有明显的方向性，团簇以特定的晶面朝向相互连结。在团簇烧结过程中，表面原子的扩散运动较为剧烈，对颈部生长贡献明显。团簇的直径越大，内部晶格排列越稳定，抗烧结能力越强。在多颗粒的高温模拟中，团簇间的烧结作用将被进一步放大。
　　然后进行了不同惰性材料（TiO2、ZrO2和SiO2）表面的CuO高温模拟计算，CuO在ZrO2(100)表面的高温吸附过程伴随着更大的势能降低，意味着更加稳定的吸附。在对CuO烧结抑制方面，不同温度下三种惰性均表现出了：ZrO2(100)>TiO2(110)>SiO2(110)的趋势，SiO2(110)平板对CuO烧结的抑制作用并不明显。1073K到1173K，不同负载表面CuO团簇烧结程度均不算太大，但当温度升到1273K后烧结程度显著上升，不同负载在抑制烧结程度上表现出的差距也越大。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2化学链燃烧技术

1.3氧载体的研究现状

1.4 Cu基氧载体

1.5本文研究目的及分章内容

2 分子动力学方法

2.1分子动力学理论及应用

2.2计算原理及求解算法

2.3原子间相互作用势

2.4热力学系综及控制算法

2.5其他关键参数及验证

2.6本章小结

3 纯CuO氧载体颗粒的高温模拟

3.1引言

3.2纯CuO团簇模型的建立及计算方法

3.3 CuO单颗粒的高温特性

3.4 CuO颗粒间烧结机理的研究

3.5温度及粒径对烧结的影响

3.6多颗粒间的烧结作用

3.7本章小结

4 负载型Cu基氧载体烧结模拟

4.1负载氧载体模型的建立及计算方法

4.2 TiO2负载对CuO烧结的影响

4.3不同负载表面CuO氧载体烧结

4.4本章小结

5 全文总结及展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录2 攻读硕士学位期间参加的项目