氟修饰多孔石墨烯气体分离膜的研究

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1、中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）氟修饰多孔石墨烯气体分离膜的研究摘要本文利用分子动力学方法研究了氟修饰对多孔石墨烯分离CO2/N2的影响。通过第一性原理计算了分子与薄膜的相互作用，解释了其分离机理。研究发现，用氟修饰多孔石墨烯孔洞的边缘能够增强其对CO2的选择性，全氟修饰的pore-22是分离CO2/N2的最佳设计构型。气体通过氟修饰的和通过不加修饰的pore-22多孔石墨烯的扩散势垒具有较大的不同。CO2和N2通过全氟修饰的pore-22的扩散势垒分别为0.28ev和1.0ev，而通过不加修饰

2、的pore-22的扩散势垒分别为0.035ev和0.031ev。较大的势垒差异使得全氟修饰的pore-22对CO2/N2分离具有较高的选择性，这与动力学得到的结果是一致的。本研究提出了一种经济有效分离CO2/N2的方法，对于设计气体分离膜以及解释其分离机理方面具有重要意义，为设计出具有高选择性的高效气体分离膜提供一种思路。关键词：石墨烯；氟化学修饰；气体分离；计算机模拟中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）FluorineModifiedPorousGrapheneasMembraneforGasSe

3、parationAbstractMoleculardynamics(MD)andthefirst–principlesimulationswereusedtoinvestigatethedynamicsandmechanismofCO2/N2separation,respectively.TheeffectofpassivatingporerimofporousgraphenebyfluorineatomsontheCO2/N2separationperformancewasexamined.Furth

4、ermore,weinvestigatedtheirinteractionenergybythefirst–principlesimulationstogivemoreanalyticalexpressions.Itwasfoundthatfluorinepassivatedpore-22porousgraphenemembraneexhibitshigherCO2selectivityoverN2.WealsofoundthatthediffusionbarriersforCO2andN2passin

5、gthroughtheall-Fpassivatedpore-22graphenearelargelydifferentcomparedtotheun-passivatedpore-22graphene.Theresultsshowthattheporousgraphenemembranewithall-Fpassivatedpore-22presentsaformidablebarrier(1eV)forN2butitiseasyfortransmittingCO2(0.28eV),while0.03

6、1eVand0.035eVwereobtainedforthepore-22graphenerespectively,whichisconsistentwiththehigherselectivityoftheall-Fpore-22grapheneforCO2/N2separationintheMDresults.ThestudynotonlyproposedaneconomicalmeansofseparatingCO2fromN2,butalsomaybeusefulfordesigningand

7、furtherexplainingseparationprinciple,whichmayprovideareallyeffectivewaytodesignouthighlyefficientandhighlyselectivemembranesforgasseparation.Keywords:Graphene;FluorineModification;GasSeparation;ComputerSimulation中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文）目录第1章引言1第2章石墨烯气体分离介绍22

8、.1石墨烯的介绍22.2气体分离膜的研究32.3二氧化碳气体分离的研究现状6第3章气体分离的计算机模拟方法93.1MaterialStudio计算机模拟软件介绍93.2第一性原理方法93.3分子动力学方法103.3.1分子动力学模拟的基本步骤11第4章动力学实验结果与讨论144.1氟修饰对多孔石墨烯气体分离的影响144.2孔径大小对石墨烯气体分离的影响18第5章氟修饰的多孔石墨烯分离机理21第6章结论26致谢27参考文献28第1章引言第1章