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摘要
二维石墨烯纳米孔已被证明可作为一种可靠的分子筛,但仅仅依靠分子大小筛选效应很难实现混合气体分子的高选择性分离。本文采用分子动力学模拟方法研究表面电荷对石墨烯纳米孔分离CO2/N2混合分子选择性的影响规律,进而实现基于静电效应的石墨烯纳米孔分子选择性渗透,为提高石墨烯纳米孔的气体分离选择性提供一种可行的方法。模拟结果表明,表面施加负电荷后,随着负电荷密度的增加CO2分子的渗透率增加而N2分子的渗透率降低,石墨烯纳米孔展示出了CO2/N2的分离选择性;但是施加正电荷后,纳米孔的选择性几乎没有发生变化。静电效应引起的纳米孔选择性跟气体分子在带电石墨烯表面的不同吸附能力有关。当施加负电荷后,CO2分子的吸附能力增强,通过表面机制的渗透分子数增加,分子的平均渗透时间增加,总体渗透率提高;N2分子的渗透率由于CO2分子的抑制效应相应地随着负电荷的施加而降低。当施加正电荷后,CO2和N2分子的吸附能力都未发生明显的改变,CO2和N2分子的渗透率也未增加或减小,因此纳米孔没有展示出静电效应选择性。
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单位动力工程多相流国家重点实验室; 西安交通大学
