电荷与应变协同调控g-C₉N₇膜对CO₂吸附和渗透特性的研究
电荷与应变协同调控g-C₉N₇膜对CO₂吸附和渗透特性的研究
EditorTan
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电荷与应变协同调控g-C 9 N 7 膜对CO 2 吸附和渗透特性的研究
王晓慧, 李 雪, 赫文豪, 卢贵武, 周广刚, 陈君青, 赵 格, 王宁
(中国石油大学(北京)/油气光学探测技术北京市重点实验室，北京102249 )
摘要： 为了有效捕获和分离CO 2 ，提出了一种电荷与应变协同调控的气体捕获和渗透的新方法，该方法具有可逆性和动力学可控的优点。采用分子动力学(MD)模拟和基于第一性原理密度泛函理论(DFT)计算，分析了不同电荷密度和拉伸应变控制下的多孔g-C 9 N 7 纳米片对CO 2 捕获和渗透的影响规律。通过电荷调控策略，CO 2 分子渗透率高达5.94×10 7 GPU(即0.019 899 mol/(s·Pa·m 2 ))。另外，CO 2 渗透率随拉伸应变率的增加而增大，拉伸应变率为7.5%的g-C 9 N 7 薄膜的最大渗透率为3.61×10 7 GPU(即0.012 094 mol/(s ·Pa ·m 2 ))。在此基础上，采用负电荷与应变工程相结合的方法研究二者的协同效应，在负电荷为1 e、拉伸应变率为3.0%的条件下，CO 2 渗透率达到3.18×10 7 GPU(即0.001 065 mol/(s ·Pa ·m 2 ))。此时CO 2 渗透率是仅施加1 e时CO 2 渗透率的9倍，是仅添加3.0%应变率时CO 2 渗透率的8倍。研究结果为开发具有CO 2 捕获和分离高度可控的高性能材料提供了理论指导。
关键词： CO₂; 渗透率; 碳氮膜; 电荷; 应变; 协同调控