基于DFT的氢基竖炉内H₂和CO在Fe₂O₃（0001）表面反应的机理

摘要

氢基竖炉工艺可显著减少CO₂排放，是钢铁工业绿色低碳发展的有效途径.本研究基于密度泛函理论（DFT），深入研究了氢基竖炉冶炼过程中H₂和CO与Fe₂O₃的反应机理.结果表明：H₂分子最稳定吸附构型的吸附能为-1.65 eV,CO分子为-2.10 eV,CO分子吸附占优. H₂分子反应时的能垒为0.64 eV,CO分子为1.40 eV,H₂分子与Fe₂O₃反应在动力学上占优.升高温度虽然不利于气体分子的吸附，但有利于还原反应的进行，因此升高温度可以弥补H₂分子吸附及反应在热力学上的劣势.对于富氢或纯氢竖炉，可以提高操作压力，同时适当提高还原温度以加快反应速率，但应确保吸附效率.

关键词

氢基竖炉 / 密度泛函理论（DFT） / Fe₂O₃ / 反应机理 / 吸附能 / 能垒