氮化碳和石墨炔對(duì)小分子的篩選.pdf

1、膜分離技術(shù)因具有高效、節(jié)能、無污染、占用空間小和投資成本低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的分離技術(shù)。高性能膜材料是新型高效膜分離技術(shù)的核心，膜材料的性質(zhì)直接影響膜的分離滲透性和物化穩(wěn)定性能。理想的膜材料不僅應(yīng)該具有良好的物化穩(wěn)定性，而且應(yīng)同時(shí)具有好的選擇性和高的滲透性。由于膜的滲透性和膜的厚度是成反比的，所以當(dāng)前的膜材料很難同時(shí)具有好的選擇性和高的滲透性。具有人工亞納米微孔結(jié)構(gòu)的石墨烯作為篩分H2和CH4的分子篩膜同時(shí)具有良好的選擇性和滲

2、透性，這歸因于石墨烯的單原子層厚度。然而到目前為止，仍沒有找到一種經(jīng)濟(jì)有效地制備具有精確微孔結(jié)構(gòu)石墨烯的方法。為此，我們研究了本身具有均勻微孔結(jié)構(gòu)的平面二維納米材料氮化碳和石墨炔作為分子篩膜材料的可行性。
　　1、我們研究了g-C3N4對(duì)氫氣和氦氣分子的篩選性能，氫氣和氦氣穿過g-C3N4的擴(kuò)散勢(shì)壘分別為0.870和0.399eV，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)g-C3N4難以直接用于對(duì)氫氣分子的篩選，但是可以用于篩分氦氣。當(dāng)對(duì)g-C3N4施加拉應(yīng)變

3、時(shí)，氣體分子穿過g-C3N4的擴(kuò)散勢(shì)壘呈線性下降。對(duì)g-C3N4施加6％的拉應(yīng)變時(shí)，氫氣穿過g-C3N4的擴(kuò)散勢(shì)壘降為0.484eV，同時(shí)g-C3N4還表現(xiàn)出對(duì)氫氣分子的良好的篩選性。所以，施加6%的拉應(yīng)變g-C3N4能用來作為篩分氫氣分子的分子篩膜。我們還計(jì)算了12種氣體分子穿過g-C10N13時(shí)總體系的相對(duì)能量隨吸附高度的變化，得到了各種氣體分子穿過g-C10N13的擴(kuò)散勢(shì)壘，其中氫氣、氧氣、氖氣和氦氣的擴(kuò)散勢(shì)壘分別為0.257、0

4、.298、0.164和0.07eV。再計(jì)算氫氣、氧氣、氖氣和氦氣穿過g-C10N13的擴(kuò)散速率同其他氣體分子穿過g-C10N13的擴(kuò)散速率之比，分析得出g-C10N13能從一定的混合氣體中篩分出氫氣、氧氣、氖氣及氦氣。這些結(jié)論對(duì)分子篩膜材料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。
　　2、我們還研究了graphyne對(duì)氫氣分子的篩選性能，氫氣穿過graphyne的擴(kuò)散勢(shì)壘高達(dá)2.31eV，普通實(shí)驗(yàn)條件下氫氣分子難以穿過graphyne，因此