材料基因組學(xué)指導(dǎo)下乙炔存儲與分離材料的高通量計(jì)算篩選研究.pdf

1、作為一種重要的工業(yè)原料,乙炔常被用來生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品,也廣泛應(yīng)用于焊接技術(shù)中。乙炔的高度易燃和反應(yīng)性特性,給其安全儲存與運(yùn)輸帶來巨大的挑戰(zhàn)。即使在無氧室溫條件下,乙炔的存儲壓力也要低于0.2MPa,否則將會產(chǎn)生嚴(yán)重爆炸。近期,金屬-有機(jī)骨架(Metal-OrganicFrameworks,MOFs)材料在乙炔的安全存儲以及純化領(lǐng)域受到科學(xué)家的廣泛關(guān)注,展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。本論文借助于材料基因組學(xué)的思想,將含有不飽和配位金屬位的雙銅船

2、槳型結(jié)構(gòu)單元Cu2(COO)4作為特征材料基因,以劍橋晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中實(shí)驗(yàn)報(bào)道的材料為基礎(chǔ),建立了一個包含797種Cu-MOF材料數(shù)據(jù)庫,并利用其進(jìn)行了乙炔氣體存儲與分離的大規(guī)模篩選研究。主要包含以下研究內(nèi)容與成果:
　　首先,采用密度泛函理論(Density Functional Theory,DFT)計(jì)算手段,開發(fā)出能夠準(zhǔn)確描述乙炔與Cu-OMS相互作用的新力場,并利用其在常溫常壓下進(jìn)行了高通量材料計(jì)算篩選,基于建立的構(gòu)效關(guān)系

3、,提出了MOF對此體系所需要的最佳結(jié)構(gòu)特征范圍。通過計(jì)算篩選,發(fā)現(xiàn)3個前景MOFs,其乙炔存儲性能超過目前已報(bào)道任何多孔材料。
　　在上述工作的基礎(chǔ)上,針對C2H2/CO2體系的分離,開發(fā)出了適用于描述CO2與Cu-OMS的分子力場,并利用其進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算篩選研究。結(jié)果表明,選出的3種MOF材料在C2H2/CO2選擇性和C2H2吸附量方面均超過了目前已經(jīng)報(bào)道過的所有材料。
　　本論文的研究結(jié)果,一方面可為用于乙炔體系的新材料