[发明专利]一种高性能载氧体材料的快速筛选方法

说明书

本发明提供一种高性能载氧体材料的快速筛选方法，包括：根据载氧体材料样本集中所有载氧体材料的氧空位形成能，筛选得到高性能载氧体材料。本发明的高性能载氧体材料的快速筛选方法，将载氧体材料的氧空位形成能作为筛选的指标，从载氧体材料样本集中筛选得到高性能的载氧体材料。本发明实施例方法，与传统的试错法相比，无需制备载氧体材料进行试验，筛选过程简单，耗时短，筛选效率高，为载氧体材料的开发与化学链燃烧技术的工业推广应用奠定了基础。

技术领域

本发明属于化学链燃烧技术领域，具体涉及一种高性能载氧体材料的快速筛选方法。

背景技术

化学链燃烧技术是一种基于零排放理念的新型燃烧技术，其借助固体载氧体材料(OCM)将燃料与空气的氧化还原反应分为两步。在燃料反应器中，载氧体内的晶格氧与燃料发生反应，燃料被氧化，载氧体材料被还原。在空气反应器中，被还原的载氧体材料与空气反应，被空气氧化，完成循环，由此，载氧体材料在化学链燃烧反应中完成了由空气向燃料的氧的传输。另外，载氧体材料的氧化反应是放热的，燃料与载氧体材料发生的还原反应是吸热的，载氧体材料同时起到了能量传输的作用。

载氧体材料在化学链燃烧反应中发挥着关键作用，一方面，它避免了空气与燃料的直接接触，降低了碳补集的成本，提高了燃料的能量利用率；另一方面，它又构建了空气中的氧与燃料反应的桥梁。但在实际工业应用中，随着循环反应次数的增加，载氧体材料容易出现烧结、机械强度降低、积碳等问题，这使得化学链燃烧技术在工业中的推广应用十分困难。现有研究表明，新型载氧体材料的设计制备与已有载氧体材料的改性是提高载氧体活性，克服载氧体存在的上述问题的有效途径。但是，目前新型载氧体材料的设计制备与已有载氧体材料的改性均采用试错法，即制备目标载氧体材料，用实验方法对多种载氧体材料的性能进行验证，最终筛选出具有最高反应活性的材料。该筛选过程冗长，耗时较长，且消耗载氧体制备原料成本大，并不能简洁高效地对载氧体材料进行筛选，严重限制了载氧体材料的发展与化学链燃烧技术的工业推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高性能载氧体材料的快速筛选方法，不需要制备载氧体材料进行试验，筛选过程短而简单，效率高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高性能载氧体材料的快速筛选方法，其特征在于，包括：

根据载氧体材料样本集中所有载氧体材料的氧空位形成能，筛选得到高性能载氧体材料。

根据本发明实施例的进一步改进，具体包括：

步骤10)获取载氧体材料样本集中每个载氧体材料的氧空位形成能；

步骤20)比较所有载氧体材料的氧空位形成能的大小，筛选出氧空位形成能较小的载氧体材料，作为载氧体材料样本集中的高性能载氧体材料。

根据本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)中，利用VASP软件计算得到载氧体材料的氧空位形成能。

根据本发明实施例的进一步改进，所述步骤10)具体包括：

步骤11)对载氧体材料的晶体结构进行优化；

步骤12)切割载氧体材料的晶胞，得到载氧体材料的具有较高热力学稳定性和较低催化活性的晶面；

步骤13)对所述晶面进行优化，得到载氧体材料的完整晶面的表面能；

步骤14)分别得到载氧体材料的具有氧空位的晶面的表面能和氧分子基态下的能量；

步骤15)根据载氧体材料的完整晶面的表面能、载氧体材料的具有氧空位的晶面的表面能和氧分子基态下的能量，得到载氧体材料的氧空位形成能。