化学链技术能够提高能量利用效率、降低氮氧化物排放,具有独特的CO2内分离特性,是一种清洁高效的能源转化手段。Cu基载氧体和Fe基载氧体是化学链中常用的载氧体,Cu与Fe复合可以改善Fe基载氧体的反应活性,且能抑制Cu的烧结,具有良好的协同作用。DFT可以从分子层面描述载氧体自身的结构变化以及其与固体燃料之间的反应,对深入探究协同机理,设计更优的载氧体具有重要意义。本文建立了煤焦模型和氧化铁团簇模型,对两者的可能反应路径进行搜索。每条路径都可分为氧传递、氢转移、气体脱附这三个过程,由路径能量可知,Fe基载氧体化学链反应生成CO2所需能量较高,不易发生,其易于生成CO。选取最优路径,与Cu4O4-Char路径进行对比,发现Fe基载氧体的传氧能力较弱,但其与煤焦的作用更紧密,可以促进焦炭上苯环的碳碳键断裂,降低碳氧复合物的脱出能垒,这可能就是Fe对化学链反应的催化作用。对Cu-Fe复合载氧体化学链反应过程进行研究。建立Cu-Fe复合载氧体团簇模型,搜索其与煤焦的可能反应路径,得到能量更低的最优反应路径,从该路径整体能量上看,Cu原子的加入降低了整体反应的吸热量,有利于化学链系统的运行。在氧传递过程中,Cu原子提高了团簇的传氧能力,能够将氧直接传递到焦炭上;在气体脱附过程,团簇中的Fe原子与焦炭接触反应,促进碳碳键断裂过程,生成CO。对Cu-Fe复合载氧体对反应过程的协同作用机理进行研究。计算统计各团簇的自旋密度和氧空位形成能,发现Cu原子可以增加氧的自旋密度,提高其反应性,并且可以降低氧空位形成能,促进氧的脱除。对断键过程进行键级分析和畸变/相互作用-激活应变模型分析,发现在同一反应程度下,Fe参与的断键过程中的碳碳键级小于Cu参与的过程,且Fe原子与焦炭的相互作用要强于Cu,这说明Fe可削弱碳碳间的作用强度,降低断键能垒。两种金属在化学链反应中的不同阶段发挥各自的催化特性,体现了Cu-Fe复合载氧体的协同作用。