【摘 要】
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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
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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H2三种气体在这个过程中和C2N/C3N单层的相互作用增加并不明显。所以,通过施加/去除外加负电荷/电场的方法,C2N和C3N单层能够实现混合气体N2/CO2、CH4/CO2和H2/CO2中CO2的有效吸附与分离。这对实验上寻找优良的CO2吸附剂和吸附脱附技术有很强的借鉴意义。
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