化学链燃烧是一种低成本分离CO2的燃烧技术,获得高性能的载氧体是发展化学链燃烧技术的关键。本文对以Cu Mn2O4和Ni Mn2O4为载氧体,CO为燃料的化学链燃烧展开了研究。应用热力学计算、热重实验和密度泛函理论系统地研究了载氧体与CO的反应特性,从微观水平揭示了载氧体与CO分子的反应机理,揭示了金属原子间的协同作用本质。利用溶胶-凝胶燃烧法制备的Cu Mn2O4和Ni Mn2O4载氧体具有均匀的颗粒尺寸和丰富的孔隙结构。热力学分析表明,Mn3+优先于Cu2+和Ni2+被还原,且Mn3+很难被还原成Mn单质。热重实验结果表明,Cu Mn2O4与CO反应的温度区间为265-540oC,Ni Mn2O4与CO的反应温度区间分别为355-536oC和536-804oC,分别对应着Mn2O3和Ni O的还原阶段。对比Mn2O3与CO的反应,Cu Mn2O4和Ni Mn2O4的载氧量分别提高了53.12%和46.52%,反应速率均有显著的提升,Cu、Ni元素的加入提升了锰基载氧体的载氧量和反应活性。Cu Mn2O4被CO还原的产物包括Cu和Mn O,Ni Mn2O4被CO还原的产物包括Ni和Mn O。反应后的载氧体仍具有丰富的孔隙结构。研究了反应温度、CO浓度和升温速率对Cu Mn2O4、Ni Mn2O4载氧体与CO反应特性的影响规律。结果表明,反应温度的升高会提高载氧体的还原效率,Cu Mn2O4载氧体即使在500oC的低温下就可以充分反应,Ni Mn2O4载氧体与CO的反应温度建议不低于800oC。CO浓度的增加会使Cu Mn2O4载氧体的反应温度向低温方向移动,并明显改善Cu Mn2O4的还原速率。对于Ni Mn2O4载氧体,升高CO浓度会使Mn2O3的还原阶段往低温方向移动,并提高还原速率,而CO浓度对于Ni O的还原阶段无明显影响。升温速率的提高会使载氧体的还原速率增加,并使载氧体的反应温度区间往高温方向移动。利用密度泛函理论分别计算了CO在两种载氧体表面的氧化机理,揭示金属间的协同作用机制。在Cu Mn2O4（100）表面上,CO的氧化分为CO吸附、CO2形成和CO2脱附,CO在Mn终端面和Cu终端面上反应的速控步骤都是CO2的形成,对应的活化能分别为64.59k J/mol和58.83k J/mol,由于Cu的高反应活性,使得CO在Cu终端面上具有更低的活化能。CO在Ni Mn2O4（100）表面的氧化分为两个步骤:CO2的形成和CO2的脱附。对应着三个反应路径,活化能分别为18.2、36.53和67.71k J/mol,造成这种差异的原因是由于与每种氧原子的成键的金属原子不同,与两个Ni原子成键的氧原子具有最高的反应活性,说明Ni的存在提升了锰基载氧体的反应活性。计算结果从微观水平阐释了Cu、Ni元素与锰基载氧体间的协同作用,与热重实验结果吻合较好。