孔道结构对多孔材料气体吸附性质影响的理论

孔道结构对多孔材料气体吸附性质影响的理论孔道结构对多孔材料气体吸附性质影响的理论研究孔道结构对多孔材料气体吸附性质影响的理论研究†曹风雷曹风雷,孙淮孙淮*上海交通大学化学化工学院，上海200240*E-mail:huaisun@sjtu.edu.cn气体的吸附和分离是多孔材料一个重要的应用领域。多孔材料可以形成不同拓扑结构的一维、二维或三维孔道。除了多孔材料的化学组成外，孔道结构也对材料的吸附性质有很大的影响，主要体现在吸附动力学和自由体积方面。传统基于GCMC方法的模拟计算忽略了吸附动力学的影响。文献研究表明[1]，模拟计算高估GME类型ZIF材料的吸附曲线近一倍。扣除ZIF-68材料中小孔道的吸附分子，实验的吸附曲线就能得到重现。我们的研究表明，CO2分子不能到达小孔道是由分子在小孔道中的吸附动力学因素决定的,CO2分子进入小孔道的活化位垒达到了35KJ/mol，从而堵塞了材料中的小孔道对气体分子的吸附。多孔的活性炭孔材料，在工业生产中有着广泛的应用[2]。活性炭是无定形的，由许多不同直径大小的孔道结构组成。对这类材料吸附性质的模拟，我们可以通过计算不同孔道中气体分子的吸附势能面，通过热力学模拟计算出不同孔道的吸附量，然后根据活性炭材料的孔道尺寸分布曲线，拟合出活性炭材料的吸附曲线。关键词：孔道结构；多孔材料；气体吸附；模拟计算参考文献[1]13.Babarao,R.;Dai,S.;Jiang,D.-E.EffectofPoreTopologyandAccessibilityonGasAdsorptionCapacityinZeolitic−ImidazolateFrameworks:BringingMolecularSimulationClosetoExperiment.J.Phys.Chem.C2011,115:8126-8135.[2]Ihm,Y.;Cooper,V.R.;Gallego,N.C.;Contescu,C.I.;MorrisJ.R.J.Chem.TheoryComput.2014,10,1.†国家重点基础研究发展计划（973计划）2014CB239702，国家自然科学基金（21073119，21173146），中国工程物理研究院，宝洁科技（北京）有限公司资助。