張友浩 ，徐運(yùn)飛 ，王菲菲 ，李英杰

(1.山東大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，山東 濟(jì)南，250061；2.山東大學(xué) 高效節(jié)能及儲能技術(shù)與裝備山東省工程實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南，250061)

為了盡快實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，解決環(huán)境問題與能源問題，研究CO2高效捕集與分離技術(shù)具有重要意義。目前，CO2捕集方法主要有固體吸附劑、堿性液體洗滌、離子液體吸收等化學(xué)方法以及金屬有機(jī)框架材料(MOFs)吸附、沸石吸附、膜分離等物理方法[1-3]。其中，CaO基吸附劑的碳酸化/煅燒循環(huán)反應(yīng)捕集CO2是一種具有前景的大規(guī)模脫碳技術(shù)[4]。因該方法具有能耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)應(yīng)用于燃燒后捕集CO2[5-6]、熱化學(xué)儲能[7-8]、吸收CO2強(qiáng)化制氫[9-11]等技術(shù)中，有望在未來廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

然而，天然CaO 基吸附劑如石灰石、白云石等吸附CO2性能隨著循環(huán)次數(shù)增加而降低。采用摻雜添加劑對天然CaO 基吸附劑進(jìn)行改性是提高其吸附CO2性能的有效方法之一[8]。LI等[12]發(fā)現(xiàn)MnO和SiC能夠提高CaO吸附CO2的性能，且兩者同時添加時對于CaO 的CO2吸附性能具有協(xié)同促進(jìn)作用，當(dāng)吸附劑內(nèi)CaO，MnO 和SiC 的質(zhì)量比為 100∶5∶5 時，改性CaO 吸附CO2性能最佳；SUN等[13]向CaO 中摻雜CeO2，發(fā)現(xiàn)摻加了1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))CeO2的CaO 碳酸化轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.94，比未改性CaO 提高了35%。WANG等[14]以電石渣為CaO 前驅(qū)體制備了多種Ni/CaO 吸附劑，發(fā)現(xiàn)Ni/CaO 的CO2吸附率顯著高于天然CaO 吸附劑的CO2吸附率。此外，使用Na，Co，F(xiàn)e，Zr和La等金屬氧化物對CaO 進(jìn)行改性，提高其CO2吸附性能，這也被廣泛研究[15-17]。

ZnO 是良好的導(dǎo)熱材料，ZnO 摻雜能夠提升CaO 的導(dǎo)熱性能，有利于CaO 吸附劑的再生過程[18-19]。目前ZnO 已作為添加劑用于提升天然鈣基材料的CO2吸附性能[19-20]。LIU等[20]制備了 ZnO改性CaO吸附劑(CaO/ZnO)，研究了ZnO添加量和預(yù)處理溫度對于CaO/ZnO 吸附CO2性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)CaO 與ZnO 的物質(zhì)的量比為8∶1 時，CaO/ZnO的吸附CO2性能最佳，相比于未改性CaO提升23.8%。

然而，目前ZnO 摻雜對于CaO 吸附CO2性能的研究停留在宏觀實(shí)驗(yàn)層面，對于微觀原子層面的機(jī)理尚不清楚。因此，有必要通過模擬計(jì)算從微觀原子層面揭示ZnO 對CaO 吸附CO2性能的影響機(jī)理。本文通過擠出成型法制備ZnO 摻雜CaO吸附劑(ZnO/CaO)，研究ZnO/CaO 的CO2吸附性能?；诿芏确汉碚?DFT)模擬計(jì)算，建立了CaO(0 0 1)和Zn-CaO(0 0 1)表面模型，計(jì)算2 種材料吸附CO2的構(gòu)型、吸附能、分態(tài)密度以及差分電子密度，從微觀原子層面揭示ZnO 摻雜對CaO 吸附CO2性能的影響機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與計(jì)算方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品制備

通過等體積浸漬法制備ZnO/CaO。為便于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，通過擠出成型法將吸附劑擠壓成型[21]。相比于CaO，Ca(OH)2具有更好的黏性，更易于成型，是一種常用的制備成型鈣基材料的原料[21-23]。而醋酸鹽可在高溫煅燒后形成金屬氧化物，且釋放出的氣體會使材料具有更好的孔隙結(jié)構(gòu)，是應(yīng)用廣泛的添加劑前驅(qū)體[23]。因此，采用Ca(OH)2和醋酸鋅(ZnC4H6O4)(AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)作為原材料，制備成型的ZnO摻雜CaO吸附劑。

ZnO 摻雜CaO 吸附劑(ZnO/CaO)制備流程如下：

1) 向一定質(zhì)量的ZnC4H6O4中加入蒸餾水并充分?jǐn)嚢柚镣耆芙猓@得醋酸鋅溶液，其中ZnC4H6O4的質(zhì)量通過吸附劑內(nèi)ZnO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算得到；

2) 向溶液中加入150 g Ca(OH)2，充分浸漬后置于干燥箱內(nèi)，在80 ℃下干燥12 h 得到ZnO/ Ca(OH)2粉末；

3) 向ZnO/Ca(OH)2粉末內(nèi)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的聚乙烯吡咯烷酮作為黏結(jié)劑，加入少量蒸餾水，充分?jǐn)嚢柚廖絼┬纬扇彳浉囿w，然后利用液壓機(jī)擠出成型；

4) 將獲得的ZnO/Ca(OH)2材料在空氣中干燥48 h 后，移至干燥箱內(nèi)，在80 ℃的條件下干燥8 h；

5) 充分干燥后，將吸附劑置于馬弗爐內(nèi)，在850 ℃下煅燒15 min，得到ZnO/CaO吸附劑。

KHOSA等[19]研究發(fā)現(xiàn)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的ZnO/CaO 具有最佳的儲熱性能。因此，為探究添加ZnO 對于CaO 吸附CO2的作用，制備ZnO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%，3%和5%的ZnO/CaO。為了比較ZnO 摻雜的效果，采用上述步驟(不加入ZnC4H6O4)制備了成型CaO吸附劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

利用加壓雙固定床系統(tǒng)進(jìn)行ZnO/CaO 吸附CO2性能測試實(shí)驗(yàn)。加壓雙固定床系統(tǒng)如圖1 所示。由圖1可見：利用加壓固定床作為碳酸化反應(yīng)器，常壓固定床作為煅燒反應(yīng)器。向常壓固定床通入3 L/min 的N2，設(shè)定反應(yīng)器溫度為880 ℃。加壓固定床內(nèi)通入CO2，并迅速將壓力提升至 0.2 MPa，設(shè)定反應(yīng)器溫度為850 ℃。

圖1 加壓雙固定床系統(tǒng)Fig.1 Pressurized double fixed bed system

實(shí)驗(yàn)流程如下：取5 g ZnO/CaO樣品置于瓷舟內(nèi)，將樣品送入碳酸化反應(yīng)器，密封反應(yīng)器后增大CO2流量進(jìn)行加壓，在0.2 MPa 和850 ℃的條件下反應(yīng)15 min后取出樣品，在干燥皿(充入N2)內(nèi)冷卻4 min 后稱得反應(yīng)后樣品質(zhì)量。稱質(zhì)量完成后，將樣品送入煅燒反應(yīng)器內(nèi)，在純N2、880 ℃的條件下煅燒20 min 后取出樣品，置于干燥皿內(nèi)冷卻 4 min 后稱質(zhì)量。以上即為1 次碳酸化/煅燒吸附CO2循環(huán)。稱質(zhì)量完成后，將樣品再次送入碳酸化反應(yīng)器，進(jìn)行下一次循環(huán)。實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定均基于前期研究[21]。

利用碳酸化轉(zhuǎn)化率評價(jià)ZnO/CaO 的吸附CO2性能。XCaCO3，N表示吸附CO2的CaO 質(zhì)量與樣品內(nèi)CaO總質(zhì)量之比，計(jì)算式如式(1)所示。

式中：XCaCO3，N為第N次循環(huán)后ZnO/CaO 的碳酸化轉(zhuǎn)化率；mcar，N為第N次碳酸化后的樣品質(zhì)量，g；mcal，N-1為第N-1次煅燒再生后的樣品質(zhì)量，g；m0為樣品初始質(zhì)量，g；A為ZnO/CaO 內(nèi)ZnO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；MCaO與MCO2分別為CaO 與CO2的摩爾質(zhì)量，g/mol。

1.3 計(jì)算方法

基于密度泛函理論(DFT)的量子力學(xué)方法被普遍認(rèn)為是一種揭示反應(yīng)微觀機(jī)理的有效途徑。目前，DFT 計(jì)算已經(jīng)被普遍應(yīng)用于研究添加劑增強(qiáng)CaO吸附CO2機(jī)理。近年來，CaO基材料CO2吸附機(jī)理的DFT研究總結(jié)如表1所示[12,24-28]。

表1 基于DFT計(jì)算的摻雜改性對CaO吸附CO2的影響機(jī)理[12,24-28]Table 1 CO2 adsorption mechanism of CaO-based adsorbent based on DFT calculation reported in literatures[12,24-28]

為了從原子層面揭示Zn 摻雜對于CaO 吸附CO2性能的影響機(jī)理，通過CASTEP程序，采用非限制自旋的Generalized-Gradient-Approximation (GGA)和Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)作為交換相關(guān)泛函進(jìn)行了DFT 計(jì)算?；脑幽芰俊⒆饔昧?、壓強(qiáng)和位移的收斂容差分別設(shè)置為5×10-6eV，0.1 eV/nm，0.02 GPa 和5×10-5nm。采用BFGS優(yōu)化算法，電子截?cái)嗄茉O(shè)置為630 eV，采用4×4×2的布里淵區(qū)的k點(diǎn)取樣，采用OTFG ultrasoft贗勢。

原子替換法是利用添加劑金屬原子替換基底內(nèi)金屬原子以形成摻雜添加劑基底模型的方法，是通過DFT 計(jì)算材料添加金屬氧化物時常用的模型構(gòu)建方法，YAN等[25]利用原子替換法構(gòu)建了 Ce-CaO(0 0 1)表面，探究了Ce 摻雜和預(yù)先吸附H2O對于CaO基吸附劑CO2吸附性能的影響，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合；WANG等[29]利用Ni 替換Ca 構(gòu)建了Ni-CaO(0 0 1)表面，研究了Ni/CaO 的強(qiáng)化制氫性能；LI等[12]利用原子替換，構(gòu)建了 Mn-CaO(0 0 1)表面，探究了Mn 對CaO 基吸附劑CO2吸附性能的影響。

研究表明，CaO(0 0 1)表面的表面能為0.647 J/m2，是CaO能量最低、最穩(wěn)定的表面[30-31]，因此，選取CaO(0 0 1)表面作為模型進(jìn)行計(jì)算。以CaO(0 0 1)表面為基礎(chǔ)，通過原子替換法構(gòu)建了Zn-CaO(0 0 1)表面模型進(jìn)行計(jì)算。利用吸附能Ead評價(jià)ZnO/CaO材料表面CO2吸附能力，如式(2)所示。

式中：ECO2+surface為CaO 基吸附劑吸附CO2后的系統(tǒng)總能量，eV；Esurface為材料表面能，eV；ECO2為CO2分子的能量，eV。Ead為負(fù)值，說明材料表面與CO2之間相互吸引作用較強(qiáng)，Ead越小，說明吸附過程越容易發(fā)生；Ead為正值，說明材料表面與CO2分子間相互排斥，吸附過程很難發(fā)生或不吸附，Ead越大，說明越難以發(fā)生吸附。

2 結(jié)果與討論

2.1 ZnO添加量對于CaO吸附CO2性能的影響

不同ZnO 添加量的ZnO/CaO 在5 次循環(huán)中的碳酸化轉(zhuǎn)化率如圖2 所示。從圖2可見：隨著循環(huán)反應(yīng)次數(shù)增加，ZnO/CaO的碳酸化轉(zhuǎn)化率下降，但相同循環(huán)次數(shù)時ZnO/CaO 的轉(zhuǎn)化率比CaO 的轉(zhuǎn)化率更高；隨著ZnO 添加量從1% 增加到5%，ZnO/CaO的循環(huán)碳酸化轉(zhuǎn)化率不斷增大，但當(dāng)ZnO添加量超過3%時，對于ZnO/CaO的碳酸化轉(zhuǎn)化率變化不大。因此，3%的ZnO添加量是合適的。

圖2 ZnO添加量對于CaO在多次循環(huán)中吸附CO2性能的影響Fig.2 Effect of ZnO addition on CO2 adsorption performance of CaO in multiple carbonation/calcination regeneration cycles

2.2 Zn-CaO(0 0 1)表面吸附CO2構(gòu)型與吸附能

建立CaO(0 0 1)表面三維周期性結(jié)構(gòu)表面，保留3層原子，其中，底層原子固定，表面2層原子及CO2分子弛豫。其中，建立2×2的超晶胞以更好地展示CaO 表面特性，并在模型上方建立高度為1 nm 的真空層以防止結(jié)構(gòu)周期性對計(jì)算結(jié)果的影響。

將CO2模型置于邊長為2 nm的立方晶體中進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化。采用原子替換的方式構(gòu)建Zn- CaO(0 0 1)表面，將CaO(0 0 1)表面頂層的1個Ca原子替換為Zn 原子，優(yōu)化結(jié)構(gòu)后獲得Zn-CaO(0 0 1)表面模型。O頂位已經(jīng)被證實(shí)是CaO表面CO2最佳吸附位[24]。因此，選擇O 頂位作為CO2吸附位點(diǎn)(對應(yīng)O原子稱為Oβ)，CO2初始位置設(shè)置在Oβ原子正上方垂直距離0.3 nm處。優(yōu)化結(jié)構(gòu)后獲得CO2在CaO(0 0 1)表面及Zn-CaO(0 0 1)表面最佳吸附構(gòu)型。

CaO(0 0 1)表面與Zn-CaO(0 0 1)表面吸附CO2前后的最佳構(gòu)型分別如圖3 和圖4 所示。由圖3 可以發(fā)現(xiàn)：相比于CaO(0 0 1)表面，Zn-CaO(0 0 1)表面Zn原子處明顯出現(xiàn)塌陷，且O原子向Zn原子方向發(fā)生細(xì)微偏移。計(jì)算結(jié)果表明，Zn—O 鍵長度為0.237 nm，低于Ca—O 鍵長度(0.241 nm)。這說明Zn原子與O原子之間的化學(xué)鍵比Ca原子與O原子之間更強(qiáng)，鍵能更高，更強(qiáng)的化學(xué)鍵也導(dǎo)致 Zn-CaO(0 0 1)表面相比于CaO(0 0 1)表面結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。吸附CO2后CaO(0 0 1)表面的Ca 與Zn-CaO (0 0 1)表面的Zn都向遠(yuǎn)離Oβ處偏移，但Zn偏移更為明顯。這是由于Oβ在吸附CO2前，僅與Ca和Zn之間存在電子轉(zhuǎn)移；而吸附CO2后，Oβ與C發(fā)生相互作用成鍵，使得Oβ從C 處獲得部分電子，導(dǎo)致Oβ與Ca 或Zn 間的電子轉(zhuǎn)移數(shù)減少，而Zn 與O 間電子轉(zhuǎn)移量變化更大，導(dǎo)致Oβ與Zn間相互作用力變化更大，因而使得Zn發(fā)生明顯偏移。

圖3 CaO基材料表面模型示意圖Fig.3 Surface models of surfaces of CaO-based materials

圖4 CaO基材料表面吸附CO2模型示意圖Fig.4 Models of CO2 adsorbed on surfaces of CaO-based materials

表面吸附CO2構(gòu)型及吸附能的模擬計(jì)算結(jié)果如C—O 鍵長分別為0.142 nm 與0.141 nm，CO2內(nèi) C—O 鍵長均為0.126 nm，鍵角分別為128.96°和128.63°。因此，CaO(0 0 1)與Zn-CaO(0 0 1)表面吸附CO2后的結(jié)構(gòu)較為一致，且均與的結(jié)構(gòu)類似[32]，這說明CaO(0 0 1)與Zn-CaO(0 0 1)表面對于CO2均是通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行吸附，CO2與表面O原子結(jié)合，以結(jié)構(gòu)吸附在材料表面。在吸附能方面，CaO(0 0 1)表面的CO2吸附能為-1.184 eV，而加入Zn 后，Zn-CaO(0 0 1)表面CO2吸附能降低至-1.947 eV，這表明摻雜ZnO 顯著提升了CaO 的CO2吸附性能，Zn-CaO(0 0 1)對于CO2的吸附能力更強(qiáng)，這也與實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論相符合。

2.3 Zn-CaO(0 0 1)表面吸附CO2的電子特性

電子態(tài)的變化可以由CO2吸附前后的分態(tài)密度(Projected Dos，PDOS)圖像來揭示。當(dāng)PDOS圖內(nèi)2 個原子電子軌道出現(xiàn)共振峰時，說明2 個原子間有化學(xué)鍵生成，具有強(qiáng)烈的電子相互作用[33]。圖5所示為CaO基材料表面吸附CO2前的PDOS圖。由表2 所示。由表2 可見：CaO(0 0 1)表面與Zn-CaO(0 0 1)表面吸附CO2后，表面Oβ原子與C原子之間圖5 可見：在吸附CO2前，Zn-CaO(0 0 1)表面Zn原子與O 原子之間出現(xiàn)了更多的共振峰。這表明了相比于Ca原子，Zn原子與O原子之間電子轉(zhuǎn)移量更多，成鍵能力更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更為緊密，因此，加入Zn 提高了CaO 表面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，與CaO(0 0 1)表面相比，Zn-CaO(0 0 1)中O 原子的態(tài)密度峰更低且跨度更大，這表明Zn-CaO(0 0 1)表面中O 原子的離域性更強(qiáng)，Zn 原子摻雜導(dǎo)致O 原子被活化，更易與吸附質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

表2 CaO(0 0 1)與Zn-CaO(0 0 1)表面吸附CO2的幾何參數(shù)與吸附能Table 2 Geometrical parameters and adsorption energy of CO2 on CaO(0 0 1) and Zn-CaO(0 0 1) surfaces

圖5 CaO基材料表面吸附CO2前的PDOS圖Fig.5 PDOS of surfaces of CaO-based materials before adsorption of CO2

吸附CO2后CaO(0 0 1)表面與Zn-CaO(0 0 1)表面模型內(nèi)各原子PDOS圖如圖6所示。由圖6可見：相比于吸附CO2前，吸附CO2后CaO(0 0 1)表面與Zn-CaO(0 0 1)表面Oβ原子與C 原子之間均明顯呈現(xiàn)出雜化現(xiàn)象，出現(xiàn)大量共振峰。這表明在CaO(0 0 1)表面與Zn-CaO(0 0 1)表面內(nèi)C原子與Oβ原子均發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。相比于吸附前，吸附后的C原子與O原子的態(tài)密度峰均明顯向低能區(qū)發(fā)生偏移，這表明CO2吸附形成的CO32-結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，CO2得以穩(wěn)定吸附在鈣基材料表面。此外，吸附CO2后，Ca原子和Zn原子與C原子和Oβ原子之間均出現(xiàn)3個原子電子軌道共振峰，這說明在CO2吸附過程中，部分電子由Ca原子、Zn原子轉(zhuǎn)移至Oβ原子將O原子激活，進(jìn)而轉(zhuǎn)移至C原子。

圖6 CaO基材料表面吸附CO2后的PDOS圖Fig.6 PDOS of surfaces of CaO-based materials after adsorption of CO2

相比之下，Zn-CaO(0 0 1)表面的Zn 原子與C原子、Oβ原子在-6.06 eV處出現(xiàn)高態(tài)密度的3個原子電子軌道共振峰，而CaO(0 0 1)表面內(nèi)Ca 原子與C原子、Oβ原子的3個原子共振峰普遍較小，態(tài)密度較小。這說明Ca 原子與C 原子、Oβ原子之間的電子轉(zhuǎn)移量較少，相互作用較弱，而Zn 原子與C 原子和Oβ原子之間電子轉(zhuǎn)移數(shù)量明顯偏高。Zn原子與Oβ原子之間更多的電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致表面Oβ原子更容易被激活，進(jìn)而通過與C原子的電子相互轉(zhuǎn)移吸附CO2，Zn與Oβ原子之間的相互作用是ZnO/CaO具有更強(qiáng)CO2吸附性能的關(guān)鍵。

CaO(0 0 1)表面與Zn-CaO(0 0 1)表面內(nèi)Ca，Zn和O 原子之間的電子轉(zhuǎn)移情況分別通過差分電子密度(electron density difference，EDD)圖像表示，如圖7 所示，吸附在表面的CO2及表面Oβ原子的EDD圖像如圖8所示。由圖7可以發(fā)現(xiàn)：相比于Ca原子，Zn 原子與表面O 原子之間的電子轉(zhuǎn)移量更多，這表明Zn原子和表面上的O原子之間存在強(qiáng)相互作用。圖8 中，CaO(0 0 1)表面及Zn-CaO(0 0 1)表面Oβ原子與C 原子的電子云出現(xiàn)了明顯重疊，這表明Oβ原子與C 原子之間發(fā)生了強(qiáng)烈的電子相互作用并形成化學(xué)鍵。相比于CaO(0 0 1)表面，Zn-CaO(0 0 1)表面吸附的CO2內(nèi)C原子與表面O原子的電子轉(zhuǎn)移量更多，電子相互作用更加強(qiáng)烈。因此，Zn原子的電子損失導(dǎo)致Zn原子周圍的電子不飽和，這有利于電子從鄰近表面的CO2轉(zhuǎn)移，并促進(jìn)CO2與Zn-CaO 表面的鍵合。差分電荷密度和分態(tài)密度分析結(jié)果都表明，添加ZnO 后吸附劑具有更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且ZnO 摻雜引起的電子轉(zhuǎn)移提高了表面的反應(yīng)活性。

圖7 CaO基材料表面頂層EDD圖Fig.7 EDD of top layer of surfaces of CaO-based materials

圖8 CaO基材料表面吸附CO2的EDD圖Fig.8 EDD of CO2 adsorbed on surfaces of CaO-based materials

3 結(jié)論

1) 添加ZnO增強(qiáng)了CaO的吸附CO2性能，在5次碳酸化/煅燒循環(huán)中，相同循環(huán)次數(shù)時ZnO/CaO的碳酸化轉(zhuǎn)化率始終高于純CaO。當(dāng)ZnO 添加量為1%～5%時，隨著ZnO添加量增加，ZnO/CaO的循環(huán)碳酸化轉(zhuǎn)化率不斷增大，但當(dāng)ZnO 添加量超過3%時，ZnO/CaO的碳酸化轉(zhuǎn)化率變化不大，因此，3%是較合適的添加量。

2) CaO(0 0 1)與Zn-CaO(0 0 1)表面CO2吸附構(gòu)型與吸附能計(jì)算結(jié)果顯示，Zn 原子與O 原子之間的相互作用力顯著強(qiáng)于Ca 原子與O 原子之間的相互作用力，導(dǎo)致Zn-CaO(0 0 1)表面結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。同時，加入Zn導(dǎo)致CaO(0 0 1)表面的CO2吸附能由-1.184 eV降低至-1.947 eV，促進(jìn)了CaO吸附CO2。

3) Zn與O之間的電子轉(zhuǎn)移量明顯高于Ca原子與O 原子的電子轉(zhuǎn)移量，且ZnO/CaO 內(nèi)O 原子的反應(yīng)活性更高。Zn 原子、Oβ原子和C 原子在 -6.06 eV處存在高態(tài)密度的3個原子電子軌道共振峰。Zn 原子與O 原子之間的電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致O 原子離域性增強(qiáng)，進(jìn)而更容易與CO2反應(yīng)成鍵，有利于CO2在CaO 吸附劑表面的吸附。Zn，Oβ和C 之中的電子在3 種原子內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)移，Zn 和Oβ原子之間的電子轉(zhuǎn)移是ZnO/CaO 具有更強(qiáng)CO2吸附性能的關(guān)鍵。