密闭电石炉尾气、黄磷尾气等还原性气氛中COS及CS₂的存在不仅影响化工产品的质量,还会腐蚀管道,导致下游催化剂中毒。而COS及CS₂的脱除方法大致可以分为干法和湿法。由于干法中的低温催化水解法具有较高的催化选择性、较低的操作温度和温和的反应条件等优点,已经被越来越多的研究者所关注。这些研究中较为成熟的是活性炭基材料负载金属氧化物作为催化剂,用于脱除尾气中的COS及CS₂。根据活性组分对COS和CS₂的水解速率以及水解产物H₂S的氧化速率,Fe具有更合适的催化活性,但是催化剂的失活导致COS及CS₂催化水解反应效率降低,这是制约催化剂性能的主要因素。为了解决上述问题需要了解COS和CS₂的催化水解过程及机理。目前,金属氧化物负载活性炭基催化剂对COS和CS₂的催化水解反应机理尚处于探索阶段,相关报道较少。为了解决目前存在的问题,本文选用石墨烯作为活性炭简化模型,从量子化学角度用密度泛函理论计算了石墨烯上COS、CS₂及水解反应物H₂O三者的所有可能的吸附结构。得到COS最稳定的吸附结构为COS（f）,此时COS平行于石墨烯表面,且吸附在Top位,吸附能为-0.830eV。虽然与COS结构类似,但对于CS₂来说最稳定结构为垂直于石墨烯表面,吸附在Bridge位,吸附能为-0.867eV。H₂O为非直线型对称分子,对H₂O分子来说,当H₂O在石墨烯表面呈现“倒V”结构时,吸附能最大,此时H₂O吸附在Hollow位。为了探究三种分子与石墨烯表面的成键情况,对最稳定结构对应的分波态密度和Mulliken净电荷也进行计算。计算结果表明,COS、CS₂及H₂O和石墨烯之间有电荷的转移,即两者间有化学键的生成。为了探究催化剂上活性组分对COS及CS₂催化水解过程,本文考察α-Fe₂O₃与COS及CS₂的作用。而COS及CS₂水解反应涉及H₂O作用的过程,因此探究H₂O与COS同时存在时相互作用关系,研究发现H₂O预先吸附而后再与COS相互作用。H₂O单独吸附与解离的过程在本文中也进行了研究,得到O、OH、H₂O在α-Fe₂O₃（001）表面最大吸附能分别为:-430.268、-390.230、-332.246 kcal/mol,均为化学吸附。而且比较吸附能的大小得知,H₂O倾向于在α-Fe₂O₃（001）表面进行解离吸附。基于此,得到COS在α-Fe₂O₃（001）表面催化水解过程中可以慨括为:COS在α-Fe₂O₃（001）表面的吸附机理是H₂O先在表面吸附后解离,解离后的OH和H分别攻击COS中的C原子和S原子。而后OH中的H原子继续攻击S原子,导致C-S键断裂,H₂S的生成。而吸附在α-Fe₂O₃（001）表面上的O原子与C之间成键,最终形成CO₂,并脱离表面作用。CS₂在α-Fe₂O₃（001）表面上的催化水解分别从“一步法”和“两步法”进行研究,得到两条不同的反应路径。前者是考虑两个H₂O同时与CS₂反应,生成2个H₂S和一个CO₂.而后者是考虑COS作为CS₂水解的中间产物,将CS₂水解过程分成两步考虑:首先是CS₂水解成COS,然后COS水解成H₂S和CO₂。比较两条反应路径的能量,得到在α-Fe₂O₃（001）表面上“一步法”比“两步法”更有优势。而且对两条反应路径上的反应来说,H₂O对C=S键的攻击都是反应中至关重要的步骤。本文阐明了COS及CS₂在α-Fe₂O₃（001）表面上的催化水解机理,得到H₂S为两者反应后的共同产物,也是导致催化剂最终失活的主要原因。本文就H₂S在α-Fe₂O₃（001）表面上吸附和解离过程本文进行研究,得到和H₂O类似,H₂S会首先吸附在在α-Fe₂O₃（001）表面上会首先吸附,且S原子与top位上的Fe原子成键,紧接着H₂S会进行第一步解离,解离成SH和H,解离能为7.04kcal/mol。解离后的SH会紧接着发生第二步解离,解离后剩下S会继续和Fe成键形成FeS。