DFT研究：Fe3O4表面逆水煤气反应的氧化还原机制

"Fe3O4表面逆水煤气反应的DFT (2011年)"，作者何孝祥、顾雄毅、范琛、朱贻安，发表于华东理工大学化学工程联合国家重点实验室。 本文是一篇关于铁磁性材料Fe3O4在逆水煤气反应中的作用的研究论文，采用了密度泛函理论（DFT）这一先进的计算方法。逆水煤气反应，即CO + H2O ↔ CO2 + H2，是工业上重要的气体转换过程，对于能源的高效利用和环境保护具有重要意义。Fe3O4因其特殊的催化性能在该反应中扮演着关键角色。 在DFT的框架下，研究人员首先对Fe3O4 (111)表面的初始构型进行优化，以确定吸附物种的最稳定状态。他们探讨了两种可能的反应机制：氧化还原机制和中间产物分解机制。在氧化还原机制中，反应通过电子转移实现，而中间产物分解机制涉及吸附物种的直接断裂和重组。 通过对这两种机制中关键基元反应的活化能比较，研究发现氧化还原机制是主导的反应路径，其活化能相对较低，更易于进行。相比之下，中间产物分解机制的活化能较高，因此在实际反应中发生的可能性较小。这一结果有助于深入理解Fe3O4催化逆水煤气反应的微观动力学行为。 此外，计算结果显示，八面体结构的Fe原子在吸附和活化过程中扮演了至关重要的角色。这意味着Fe3O4表面上的Fe原子构型对其催化活性有着显著影响，这为设计高性能的Fe3O4催化剂提供了理论指导。 这篇2011年的研究论文通过DFT计算揭示了Fe3O4在逆水煤气反应中的具体作用机理，为优化催化剂性能和提高反应效率提供了理论依据，对于化工领域特别是催化科学的研究具有深远的参考价值。