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双金属Co/Zn-ZIFs中C_(3)H_(6)和C_(3)H_(8)吸附和扩散行为分子模拟研究
1
作者 齐昊 王玉杰 +3 位作者 李申辉 邹琦 刘轶群 赵之平 《化工学报》 北大核心 2025年第5期2313-2326,共14页
基于第一性原理计算,构建出11种双金属有机框架Co/Zn-ZIFs分子模型(1#、2#、3#等),每一种模型各窗口结构相同,采用巨正则蒙特卡罗的方法研究了C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)分别在Co/Zn-ZIFs上的吸附性能,通过吸附热分布、吸附位点、弱相互作... 基于第一性原理计算,构建出11种双金属有机框架Co/Zn-ZIFs分子模型(1#、2#、3#等),每一种模型各窗口结构相同,采用巨正则蒙特卡罗的方法研究了C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)分别在Co/Zn-ZIFs上的吸附性能,通过吸附热分布、吸附位点、弱相互作用、静电势及差分电荷密度等方法分析了C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)分别在Co/Zn-ZIFs上吸附机理,并采用分子动力学计算了C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)分别在Co/Zn-ZIFs窗口处的扩散特性。结果表明:C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)在Co/Zn-ZIFs上的吸附主要作用在配体咪唑环与甲基附近;一定范围内,升高温度、降低压力均有利于实现优先吸附C_(3)H_(8),在环境温度为323 K,环境压力为0.5 bar下,3#Co/Zn-ZIFs的C_(3)H_(8)对C_(3)H_(6)的理想吸附选择性最高,为1.25。C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)在6#Co/Zn-ZIFs窗口处扩散自由能差值最大,为14.60 kJ/mol,C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)自扩散系数分别为3.910×10^(-10)和1.445×10^(-12),C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)理想扩散选择性最高,为270.59。对于相同金属比例的不同Co/Zn-ZIFs分子模型,具有相近的C_(3)H_(6)吸附量和C_(3)H_(8)吸附量,当占比少的金属原子呈相间分布时,C_(3)H_(6)、C_(3)H_(8)的扩散自由能最大,且C_(3)H_(8)与C_(3)H_(6)的扩散自由能差值变大,从而提升了C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)分离选择性。对于不同金属比例的Co/Zn-ZIFs分子模型,具有相近的C_(3)H_(6)吸附量和C_(3)H_(8)吸附量,随着Co/Zn比例上升,C_(3)H_(8)、C_(3)H_(6)分子的扩散自由能均逐渐增大,扩散阻力增大。结果对分析Co/Zn-ZIFs分离C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8)提供了极具价值的理论依据。 展开更多
关键词 分子模拟 Co/Zn-ZIFs C_(3)H_(6)/C_(3)H_(8) 吸附 扩散
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M-MOF-74吸附分离H_(2)/He混合物的分子模拟研究 被引量：8
2
作者 王玉杰 李申辉 赵之平 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期4507-4517,共11页
为了探究有机金属框架MOF-74能否作为一种优良的固体吸附剂,分离H_(2)/He混合物中H_(2),并达到提纯He的目的,采用分子模拟的手段研究了H_(2)、He及H_(2)/He混合物在M-MOF-74(M=Mg、Co、Ni、Cu、Zn)上的吸附性能及吸附机理。结果表明,在1... 为了探究有机金属框架MOF-74能否作为一种优良的固体吸附剂,分离H_(2)/He混合物中H_(2),并达到提纯He的目的,采用分子模拟的手段研究了H_(2)、He及H_(2)/He混合物在M-MOF-74(M=Mg、Co、Ni、Cu、Zn)上的吸附性能及吸附机理。结果表明,在1 bar(1 bar=105 Pa)压力和25℃条件下,纯H_(2)对纯He在Ni-MOF-74上的选择性达6.58,而Mg-MOF-74对H_(2)的吸附量最大,其值为0.19 mmol·cm^(-3),为He吸附量的6.46倍。当H_(2)/He混合物的浓度发生变化时,对其在M-MOF-74上的吸附分离因子没有较大影响,说明浓度变化不会影响M-MOF-74上吸附位点容纳H_(2)和He的能力。吸附位点和吸附热分析表明,MOF-74上的金属离子未饱和位点能够显著增强其对H_(2)的吸附能力。其结果对判断M-MOF-74是否具有分离H_(2)/He混合物的潜力,以及定量分析MOFs金属未饱和位点对H_(2)/He混合物分离的贡献提供了一定的理论基础。 展开更多
关键词 MOF-74 H_(2)/He混合物 吸附剂 吸附 分子模拟
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MIL-53填充PEBA混合基质膜界面相容性的分子模拟
3
作者 李申辉 毛恒 +2 位作者 徐李昊 石英贤 赵之平 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期22-32,共11页
混合基质与高分子间界面相容性的优劣,是决定混合基质膜分离性能的关键因素之一.现有实验手段,无法在分子水平空间尺度下可视化表征混合基质与高分子间的界面相互作用.因此,本研究采用分子动力学的手段,首先模拟了不同相对分子质量聚醚... 混合基质与高分子间界面相容性的优劣,是决定混合基质膜分离性能的关键因素之一.现有实验手段,无法在分子水平空间尺度下可视化表征混合基质与高分子间的界面相互作用.因此,本研究采用分子动力学的手段,首先模拟了不同相对分子质量聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)基质的结构性质,如密度、XRD等,并与文献的相关数据进行比较,结果显示计算值与实验值接近,表明了力场参数的合理性.随后,计算了PEBA基质的分子模型在良溶剂糠醛及不良溶剂水中的溶胀,计算结果与实验结果具有一致性,说明了模型和方法的合理性.进而,模拟计算了PEBA基质与金属有机框架MIL-53的界面相容性.结果表明,不同孔尺寸的MIL-53与PEBA接触时,通过无机-有机界面的可视化分析,得知PEBA与宽孔MIL-53及窄孔MIL-53皆不会形成界面缺陷,表明两者具有良好的界面相容性.此外,宽孔MIL-53与PEBA接触时,PEBA分子链会进入MIL-53的孔道中;而窄孔的MIL-53与PEBA接触时,PEBA仅停留在MIL-53表面而无法进入MIL-53的孔道中,提示MIL-53的呼吸效应会影响混合基质膜的分离性能. 展开更多
关键词 混合基质膜 界面相容性 分子动力学 MIL-53 PEBA
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