焦炭在高炉中可与CO2发生溶损反应生成还原气体CO,同时使自身的强度降低。高炉中存在的碱金属对此反应有催化作用,以往对于碱金属催化焦炭溶损反应的研究主要集中在描述其宏观动力学过程,很少从分子层面去阐述此反应的机理和微观本质。以平遥焦炭为样品,进行钠蒸气吸附焦炭碱化反应实验,并利用其产物完成后续的焦炭溶损反应实验。通过基于活性反应力场（Reactive force field,Reax FF）的分子动力学方法模拟了钠元素催化焦炭溶损反应的过程。扫描电子显微镜图像和能谱结果显示钠蒸气能够有效的腐蚀焦炭表面,并在表面留下微孔,这些被钠蒸气腐蚀的部分就成为了溶损反应活性位点。X-射线衍射、X-射线光电子能谱和Raman光谱的结果表明,钠元素会抑制焦炭溶损反应中固相产物的石墨化过程。Reax FF分子动力学模拟获得了和实验一致的现象。通过自行编写的C++程序从模拟轨线中统计得到了钠元素参与焦炭溶损过程的所有基元反应,以及CO分子生成和碳结构重构的完整路径。模拟结果显示,钠原子会自发吸附在溶损反应形成的碳层缺陷处,这一方面阻碍了碳层的合并与生长,抑制了有序碳结构的形成;另一方面会促使碳层缺陷结构氧化形成更多的CO分子。此外,密度泛函理论结果还证实钠原子在气相中会大幅度降低溶损反应的控速步骤,即碳层氧化反应的活化能,增加了初始阶段CO分子的生成速率。通过传统实验和理论计算相结合的方法证实了钠元素催化焦炭溶损反应机理,为人们研究高炉中碱金属元素对焦炭物理化学性能的影响提供了理论依据和新的研究思路。图41幅;表6个;参70篇。