Density Functional Theory Study on the Reaction Mechanism of Spinel CoFe2O4 with CO during Chemical-Looping Combustion

尖晶石 密度泛函理论 吸附 解吸 扩散 氧化物 化学 活化能 反应性(心理学) 表面扩散 化学链燃烧 物理化学 氧气 反应机理 化学物理 燃烧 催化作用 计算化学 材料科学 热力学 有机化学 病理 物理 冶金 替代医学 医学
作者
Feng Liu,Jing Dai,Jing Liu,Yingju Yang,Ruixue Fang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:123 (28): 17335-17342 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.9b03826
摘要

Owing to the synergistic enhanced performance by incorporating Co atoms into the Fe-based oxide, spinel-type CoFe2O4 is regarded as a promising oxygen carrier. Herein, the reaction mechanism of CoFe2O4 with CO during chemical-looping combustion was comprehensively studied based on density functional theory calculations. The results reveal that the existence of Co atoms in CoFe2O4 is primarily responsible for the improved reactivity. On both the perfect and defective CoFe2O4(100) surfaces, Co atoms are the preferable sites for CO adsorption. In particular, the presence of surface O vacancy will weaken CO adsorption. Three types of surface O coordinated with three different metal atoms show different reactivities. Two reaction channels for CO oxidation were proposed on the perfect surface. For the one-step channel, CO can react barrierlessly with the surface O coordinated with two Co and one Fe atoms to form the CO2 molecule. The three-step channel beginning with the Co site is more kinetically and thermodynamically favorable and includes the elementary steps of CO adsorption, CO diffusion, and CO2 desorption. Noticeably, the lattice O consumption primarily occurs around the Co2+ atoms, indicating that CoFe2O4 is preferentially reduced to Co accompanied by Fe3+ to Fe2+. These results are consistent with the experimental kinetics. Further, O diffusion from sublayers to the surface shows the highest activation energy (165.95 kJ/mol) during the entire reaction, suggesting that O diffusion is inherently a high-temperature process. However, O diffusion in spinel CoFe2O4 is easier than that in Fe2O3. These findings will be an important step in understanding the improved reactivity of spinel CoFe2O4 due to the presence of Co.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
独行者完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
不吃鱼的芹菜完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
祗想静静嘚完成签到 ,获得积分10
1秒前
2秒前
心心完成签到,获得积分10
2秒前
heypee完成签到,获得积分10
2秒前
曲意风华完成签到,获得积分10
2秒前
英俊的铭应助小滕采纳,获得10
3秒前
dy完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
积极晓绿完成签到,获得积分10
3秒前
震动的Eppendof完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
爱科研的光催人完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
云胡不喜完成签到 ,获得积分10
5秒前
hzh完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
WC发布了新的文献求助10
6秒前
Mark完成签到,获得积分10
6秒前
Wang发布了新的文献求助10
7秒前
LYB1a吕完成签到,获得积分10
7秒前
哈哈哈发布了新的文献求助10
8秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
8秒前
哈喽发布了新的文献求助10
8秒前
脑洞疼应助chen采纳,获得10
8秒前
9秒前
乐乐应助TT采纳,获得10
10秒前
123完成签到,获得积分20
10秒前
自然谷兰完成签到,获得积分10
10秒前
晓军发布了新的文献求助10
10秒前
ywzwszl完成签到,获得积分0
10秒前
天真玉米完成签到,获得积分10
10秒前
小懒猪完成签到,获得积分10
11秒前
认真的雪完成签到,获得积分10
11秒前
王王的狗子完成签到 ,获得积分10
11秒前
在水一方应助ruby采纳,获得10
12秒前
怡然念之完成签到,获得积分10
12秒前
高分求助中
Comprehensive Toxicology Fourth Edition 2026 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Target genes for RNAi in pest control: A comprehensive overview 600
Master Curve-Auswertungen und Untersuchung des Größeneffekts für C(T)-Proben - aktuelle Erkenntnisse zur Untersuchung des Master Curve Konzepts für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit bei dynamischer Beanspruchung (Projekt MCGUSS) 500
Design and Development of A CMOS Integrated Multimodal Sensor System with Carbon Nano-electrodes for Biosensor Applications 500
A novel angiographic index for predicting the efficacy of drug-coated balloons in small vessels 500
Textbook of Neonatal Resuscitation ® 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5106849
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4316415
关于积分的说明 13446806
捐赠科研通 4145387
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2271656
邀请新用户注册赠送积分活动 1274036
关于科研通互助平台的介绍 1211811