祝贺课题组郑朝和的论文：First-Principles-Based Reduction Kinetics of CuO Oxygen Carrier in Commercial TGA被能源领域知名期刊Energy & Fuels收录。赵海波教授为通讯作者，郑朝和博士为第一作者。

在商用热重分析仪中，气体的扩散对氧载体的氧化还原过程影响较大，最大可以使氧载体的转化率下降到原来的三分之一。在还原反应的初期时，坩埚上表面气体浓度并非实验预设通入的气体浓度。如图1所示，对热重分析仪的内部腔室进行二维建模，基于CFD模拟提出了logistic函数表达式来修饰坩埚内的H₂气体浓度，以在反应初始阶段消除坩埚内气体扩散。

图1 热重坩埚内气体浓度演化过程

如图2，进一步构建一套“原子/分子→晶粒→颗粒”的多尺度动力学速率模型，利用密度泛函理论分别对气体分子的吸附反应、表面反应、脱附反应、体相离子扩散进行机理分析。对于CuO和H₂之间的相互作用，密度泛函理论计算表明，H₂的还原涉及两步表面反应和离子在体相中的扩散。该动力学模型能预测不同温度和浓度下CuO与H₂的还原反应速率，在颗粒的内部区域中，H₂O组分比例约为25 vol %，而H₂很难扩散到颗粒内部。颗粒自外向内五分之一半径深度外不存在气态H₂，表明还原可能受内扩散机制控制。

图2 多尺度动力学速率模型示意图

本工作受到了国家自然科学基金项目(52025063)和中国博士后科学基金(GZB20230236，2023TQ0123)的资助。

文章完整信息：

Chaohe Zheng, Mingze Su, Haibo Zhao*. First principles-based reduction kinetics of CuO oxygen carrier in commercial TGA. Energy & Fuels, 2024, 38, 22459-22470.

全文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.4c04042