化学链氧解耦燃烧(CLOU)是一种特殊的化学链燃烧方式，氧载体颗粒可循环释放/吸收气态氧，能有效提高煤等固体燃料的燃烧速率及效率。其中高性能氧载体是化学链氧解耦燃烧技术的关键。目前对于氧载体的释氧吸氧微观机理和氧载体组分间相互作用机制的认识非常有限，因此本研究基于密度泛函理论(DFT)及热重分析实验系统地研究了CLOU中应用最广泛的Cu基氧载体的释氧机理。然后通过构建合理的负载型氧载体模型及开展相应的程序升温释氧实验(TPD)，探索了负载的抗烧结机制和对CuO释氧活性的影响。

Cu（111）表面释氧路径

CuAl₂O₄（100）表面释氧路径

DFT计算表明表面反应是CuO释氧的速控步骤，释氧快慢不受晶体内氧原子迁移路径的长短限制，因此能够保持匀速释氧；而CuAl₂O₄内部氧原子迁移势垒与表面反应势垒相当，是释氧的速控步骤，随着释氧过程的进行，氧原子迁移路径更长，造成释氧速率随着反应进行逐渐变慢。

释氧过程能垒比较

通过比较CuO与不同负载的结合能，并据此判断相应负载的抗烧结能力，发现Cu-Zr和Cu-MgAl抗烧结性最好，而Cu-Ti抗烧结性较差。通过计算释氧过程的能量势垒及TPD实验研究，发现CuAl₂O₄添加并不能有效提高CuO释氧的速率。DFT计算表明对于不同负载的CuO团簇，抗烧结性能好的氧载体反应活性反而较低。

不同负载条件下氧分子形成和脱附的过程

不同负载条件下释氧过程能量变化 925℃下释氧速率

相关文献

1. Zhang Y, Zhao H, Guo L, et al. Decomposition mechanisms of Cu-based oxygen carriers for chemical looping with oxygen uncoupling based on density functional theory calculations[J]. Combustion & Flame, 2014, 162(4):1265-1274.
2. Zhao H, Zhang Y, Wei Y, et al. Understanding CuO-support interaction in Cu-based oxygen carriers at a microcosmic level[J]. Proceedings of the Combustion Institute, 2016.