CO 2 在二维碳化氮纳米材料上的可控吸附和脱附理论研究

发布时间：2022-09-21 18:16

　　自从工业革命以来,化石燃料的过度使用导致了温室气体（尤其是CO2）的过度排放,导致温室效应加剧和自然灾害频繁发生。从燃烧后的气体混合物（主要是CO2/N2）中选择性的捕捉CO2能够有效减少CO2的排放。除此之外,在燃烧前的气体（包括CH4/CO2和H2/CO2气体混合物）中分离出CO2对于气体的纯化和减少CO2的排放也有很强的实际意义。基于密度泛函理论,本文应用了一种向材料中引入外加负电荷和电场的策略,研究了 CO2在两种新型二维碳化氮纳米材料（C2N单层和C3N单层）上的可控吸附与脱附,以及对混合气体的分离效果。通过研究发现,CO2、N2、CH4和H2与中性C2N单层和C3N单层（无外加负电荷和电场）只能形成较弱的物理吸附。但是在C2N单层和C3N单层上引入负电荷或者在垂直于材料所在平面上施加电场之后,CO2和材料之间的相互作用强度增加,在引入电荷数和施加的电场强度达到一定的值时,CO2能和材料之间形成强的化学吸附。当外加电场或者电荷被移除时,CO2与C2N/C3N单层的强相互作用随之消失,CO2能够自发的从材料表面脱附出来,材料可以继续重复利用。但是N2、CH4和H2三种气体在这个... 

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的选题背景
    1.2 CO_2吸附剂
        1.2.1 有机胺溶液吸附剂
        1.2.2 固体吸附剂
    1.3 二维纳米材料研究进展
        1.3.1 二维纳米材料简介
        1.3.2 新型二维纳米材料C_2N和C_3N简介
    1.4 拟解决的科学问题以及研究思路
        1.4.1 拟解决的科学问题
        1.4.2 研究思路
第二章 理论基础
    2.1 概述
    2.2 密度泛函理论(DFT)简介
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
    2.3 DMOL3简介
第三章 新型二维纳米材料C_2N和C_3N对CO_2吸附和脱附性能研究
    3.1 C_2N对CO_2吸附和脱附理论研究
        3.1.1 引言
        3.1.2 计算方法和模型
        3.1.3 CO_2在中性C_2N上的吸附
        3.1.4 CO_2在带负电的C_2N上的吸附
        3.1.5 CH_4和H_2在中性以及带负电的C_2N上的吸附
        3.1.6 施加外加电场对CO_2在C_2N上吸附的影响
        3.1.7 CO_2/N_2、CO_2/CH_4、CO_2/H_2的分离
        3.1.8 小结
    3.2 C_3N对CO_2吸附、脱附以及气体分离理论研究
        3.2.1 引言
        3.2.2 计算方法和模型
        3.2.3 CO_2在中性C_3N单层上的吸附
        3.2.4 CO_2在带负电荷的C_3N单层上的吸附
        3.2.5 在电场的存在下CO_2在C_3N单层上的吸附
        3.2.6 CO_2在C_3N单层上的可控吸附和脱附机制探究
        3.2.7 CO_2/N_2、 CO_2/CH_4、CO_2/H_2在C_3N单层上的分离
        3.2.8 小结
第四章 总结
    4.1 主要结论
    4.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术成果
附录、简写及符号说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]MXenes在电化学传感及储能领域的研究进展[J]. 邹慧燕,张菲菲,王宗花.  化学传感器. 2017(04)
[2]类石墨烯硫族化合物纳米材料及其在能源领域中的应用[J]. 沈永才,徐菲,吴义恒.  材料导报. 2016(11)
[3]二氧化碳转化催化剂研究进展及相关问题思考[J]. 刘昌俊,郭秋婷,叶静云,孙楷航,范志刚,葛庆峰.  化工学报. 2016(01)
[4]富氮多级孔炭材料的制备及其吸附分离CO2的性能[J]. 金振宇,李曈,陆安慧.  物理化学学报. 2015(08)
[5]量子化学计算方法及其在结构化学中的应用[J]. 笪良国,张倩茹.  淮南师范学院学报. 2007(03)
[6]量子化学的研究现状、发展趋势与展望[J]. 徐昕，王南钦，吕鑫，张乾二.  化学进展. 1996(01)



本文编号：3680429