煤气化是煤化工领域关注的热点,其中水蒸气气化的反应性高且能产生更多清洁的可燃氢气,因此被工业广泛应用。限于实验研究方法的局限,相比CO2气化,水蒸气气化机理并未得到充分全面的研究,特别是产氢反应过程。量子化学计算作为一种可靠的理论计算方法,可以直接从分子层面对水蒸气气化的反应过程进行模拟,为实验研究提供理论基础。本文采用量子化学方法在M06-2X/6-31G(d,p)水平下对煤焦-水蒸气气化的反应机理进行理论研究。对Zigact、Zig、Armact和Arm四种煤焦模型进行几何优化、过渡态检索、IRC验证。细致分析四种模型的反应过程,确定多种反应路径。绘制各个反应路径图、能垒图,分析比较不同路径与模型的异同点。四种煤焦模型都需要经历三个反应过程H2O分子吸附、H原子转移以及CO分子脱附。Zigact模型有两条反应路径,其中Zigact1-Zigact7的反应路径为最优反应路径,决速步骤为CO分子的脱附。Zig模型有三条反应路径,需要经过两步的H转移过程。Zig1-Zig12的反应路径为最优反应路径,决速步骤为CO分子的脱附。Zigact模型最终生成物的能量为-48.8(Zigact4)和-12.8(Zigact7)k J/mol,因此反应过程不能单独发生。Armact模型,有一条反应路径,决速步骤为CO分子脱附。Arm模型有三条反应路径,需要经过两步的H转移过程。Arm1-Arm10的反应路径为最优反应路径,决速步骤为CO分子脱附。Armact模型与Arm模型的适用性都很好。整体上看,锯齿形模型比扶手椅形模型反应性要好,所需要的最小能量更低,在实际气化时提高锯齿形活性位点的数量,将有助于降低反应代价。大多数反应路径的决速步骤为CO分子脱附,实际气化时可以考虑在吸附后加H以及增加CO脱附步数,强化CO脱附过程,将有利于提高气化效率。