《表3 富锌前后酮基分离过程能量》

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《锌对焦炭冶金性能的影响》

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kJ/mol

焦炭气化反应存在的不同阶段如图9所示，在计算中以图9中的过程来表示碳环与二氧化碳分子的反应历程，得到不同阶段的能量见表2。其中，IS、TS(1，2）、FS分别表示反应的起始态、过渡态（1、2）和终态。可以看出，CO脱附与碳环断裂均为吸热反应，总体能量升高。相比而言，CO的脱附过程（M1M2）需克服的能量势垒为167kJ/mol，远低于碳环断裂分离出单个酮基形成五环（M2FS）的能量势垒370kJ/mol。结合郭培民等的研究结果[25]，可以得知焦炭气化反应历程中耗能最大的过程为碳环上酮基的分离，这是整个反应的限制性环节。所以针对这一环节（M2FS），将M2状态定为起始态，能量设为0，在碳环上吸附了锌原子，计算富锌后过渡态的势能，结果见表3。可以看出，富锌之后该过程的反应能垒由370下降到303kJ/mol，这表明锌存在的体系中碳环更易发生断裂，其上的酮基分离将更加容易，从而加快了气化反应进程。