随着经济和社会的发展,人类对洁净能源的需求将会增加。费托合成被认为是将合成气(CO+H₂)转化为高质量,可靠的液体燃料的有效方法。费托合成转化效率及产物的选择性与催化剂性能密切相关。沉淀铁基催化剂具有良好的水煤气变换反应活性,较宽的操作范围和较低的价格,在费托合成中具有很大的应用价值。采用沉淀法制备费托铁基催化剂的主要步骤是合成前体水铁矿。2线水铁矿作为主要前驱体之一,是一种弱结晶的水合氢氧化铁,比表面积大且表面活性高。由于在实验中反应快速且复杂,因此很难观测前驱体的具体构型及变化。本文采用分子模拟和实验紧密结合的方法,研究2线水铁矿的性能。首先,通过实验,运用沉淀法制备2线水铁矿产品,并通过XRD、红外、热重、TEM等对其性能进行分析。由于2线水铁矿热力学稳定性差,因此结构模型的推导主要基于XRD结果和透射电子显微镜。通过XRD中的半高峰宽,计算2线水铁矿在形成不同形状纳米团簇时的尺度。研究发现,2线水铁矿在35.0°和62.0°附近有(110)和(115)有两个衍射峰。当合成的2线水铁矿为球形时,纳米团簇的粒径为26.6 nm;当合成的2线水铁矿为立方体时,纳米团簇的粒径为32.2 nm。其次,从模拟层面出发,依照米歇尔等人给出的晶胞模型参数,搭建了2线水铁矿的晶胞模型。结合实验结果得到的尺度,搭建了球形和立方体的纳米团簇模型、进行了结构优化并验证了二者的合理性。最后,通过实验制备添加不同浓度的Ca²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺等助剂的2线水铁矿样品,筛选出最适宜的助剂浓度。研究结果表明,Mg²⁺助剂对2线水铁矿的制备影响最小。对该助剂制备的2线水铁矿样品进行表征分析并以此为基础搭建了焙烧动力学模型。利用分子动力学的方法,模拟2线水铁矿在焙烧过程中的相转变过程。研究发现,2线水铁矿在其焙烧温度下,经过6000 ps的动力学模拟,水的O-H键断裂,2线水铁矿先与表面的水进行结合,然后又有新的化学键生成,即水中的H与2线水铁矿表面的O结合。即2线水铁矿向着生成氧化铁的趋势,逐渐脱去水分子。经过10000 ps的动力学模拟,该体系模型中各分子运动趋于稳定。为了提高计算效率,用高温短时间方法进行模拟计算,在923 K、1000 ps的条件下,模拟结果与先前的模拟方法得到的结果十分相似。