首页
时事
民生
政务
教育
文化
科技
财富
体娱
健康
情感
更多
旅行
百科
职场
楼市
企业
乐活
学术
汽车
时尚
创业
美食
幽默
美体
文摘
他,大连理工「国家杰青」/国重副主任,新发Nature子刊!
学术
2024-10-19 08:01
广东
【做计算 找华算】
理论计算助攻顶刊,50000+成功案例,全职海归技术团队、正版商业软件版权!
经费预存选华算,高至17%预存增值!
成果简介
去除与水共存的低浓度密闭空间二氧化碳(CO
2
)是必要的,但物理吸附法具有挑战性。为使去除过程有效,使纳米孔表面疏水以抵抗水是常用的方法。基于此,
大连理工大学陆安慧教授和郝广平教授(共同通讯作者)等人
报道了利用客体水在空间上选择性地形成局部表面结合水,并进一步诱导优先捕获CO
2
,而不是阻止水占据纳米孔。本文提出了在非CO
2
选择性区域选择性地形成致密水纳米膜,并将其原位转化为CO
2
选择性吸附位点,从而利用共存水。
作者观察到在潮湿条件下,具有空间选择性极性位点的碳纳米孔对CO
2
捕获性能的异常增强。研究表明,表面结合水是在极性碳纳米孔的非CO
2
选择性区域形成的,从而产生了额外的CO
2
捕获位点。本工作可能会启发设计环境耐受材料,用于恶劣条件下的分子分离和纯化。
相关工作以《Anomalous enhancement of humid CO
2
capture by local surface bound water in polar carbon nanopores》为题在《
Nature Communications
》上发表论文。
陆安慧教授
,精细化工国家重点实验室副主任,辽宁省低碳资源高值化利用重点实验室主任,国家杰出青年科学基金获得者。
首次提出“纳米空间限域热解”策略
,创制胶体型炭,解决了纳米炭易团聚粘连的科学难题,推动了胶体催化技术和磁控分离催化技术发展;在国际上首次利用聚苯并噁嗪炭源实现了含氮多孔炭的一步合成,实现了纳米材料孔道与形貌的精准调变及功能高效集成,显著提升了多孔材料的CO
2
吸附分离性能。
图文解读
在干燥条件下以及在75%RH条件下的第一个循环中表现出预期的CO
2
去除性能。它逐渐失去了选择性CO
2
捕获性能,并且在8个循环中CO
2
突破时间减少了约60%。在500 °C下H
2
还原1 h得到的样品记为MPC;对于较温和或较硬的热还原样品,分别用MPC-L(1 h, 300 °C, H2)和WPC(3 h, 500 °C, H
2
)表示。对于MPC,与UPC相比,羧基含量降低了25%;而C和N的变化小于3.8%。在湿润条件下,MPC-H表现出最大的CO
2
捕获性能增强,对比其干燥条件(MPC-D),其表现高达87%。作者认为,极性碳孔在MPC-H上的这种异常增强应与不同于上述极性晶体孔和胺修饰孔的独特的水促进CO
2
吸附行为有关。
图1.不同极性和共存水对潮湿下纳米孔动态CO
2
捕获性能的影响
对于MPC-H,在连续20次的动态突破试验中,对CO
2
捕集性能的增强得到了很好的保持,说明吸附的CO
2
在298 K的氩气净化下可以被可逆去除,并且在此条件下引入的水保持相当稳定。
在甲醇存在的情况下(记为MPC-M),CO
2
突破时间增加了25%;乙醇样品(MPC-E)显示,突破时间减少了44%,表明甲醇还可以产生适合CO
2
吸附的额外吸附位点,而甲醇比水更大的分子尺寸减少了容纳CO
2
的有效体积。结果证实了机制的普遍性,即在水或其他具有合适分子大小的极性分子存在下,水促进了极性碳纳米孔上CO
2
的捕获。
图2.吸附剂的再生和增强效果在不同材料上的扩展
图3.在干燥和潮湿下CO
2
吸附过程中的动态结构变化
极性碳孔隙中存在空间选择性的表面结合水,与观测到的CO
2
捕获增强效应非常吻合。对于表面结合水,MPC-H比MPC-D更快地达到CO
2
吸附平衡。计算得到MPC-H中CO
2
和N
2
的扩散时间常数分别为1.83×10
-3
s
-1
和1.86×10
-3
s
-1
,比MPC-D分别增大10%和减小43%。
图4. CO
2
捕获增强的量化
模拟场景选择一个体积为20 m
3
、湿度为75% RH的密闭空间,假设:有3名宇航员在太空中工作;设一人每小时平均呼吸的CO
2
量为20 L。CO
2
吸附床在1.3 bar压力、2000 L/min流速下交替工作,MPC-VSA过程后的出口气体(CO
2
<50 ppm)排放到空间站。在此期间,另一层通过真空和吹扫再生。密闭空间的CO
2
浓度可在15 min内从3000 ppm降至1000 ppm,并在60 min内降至500 ppm。
在稳态条件下,水不再被吸附,床温和捕集量波动小于0.3%。由于温度升高到326 K,在13X上观察到工作能力降低了56%。13X-VTSA的再生能量需求高达41.3 MJ/kg CO
2
,其中热再生能量占53.9%。在相同的条件下,MPC-VSA工艺无需去除水分和加热再生,可以减少54.2%的能耗,按18.9 MJ/kg CO
2
计算,具有明显的优势。
图5.所设计的MPC吸附剂的应用案例和模拟结果
文献信息
Anomalous enhancement of humid CO
2
capture by local surface bound water in polar carbon nanopores.
Nature Communications
,
2024
, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-53367-2.
🌐
做计算,找华算
🌐
🔧 我们提供全面的服务,涵盖:催化、电池、材料、生物医药、化学、能源等领域的多尺度理论计算解决方案,提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。
🎯我们的理论计算服务,累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果,计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
👉 点击阅读原文加我,探索更多优惠💖
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkzMjM0NDYwOA==&mid=2247571122&idx=1&sn=9e581da53a46d63a9f4bf3073469435a
MS杨站长
华算科技-杨老师讲Materials Studio,DFT计算,分子模拟建模,分子动力学
最新文章
深圳大学,最新Nature Nanotechnology!投稿到接收,刚好1年!
创纪录!最低能耗!西工大&太原理工,最新Angew!
新型催化剂!青岛科大王磊&赖建平,新发AEM!
审稿人一致好评!他,回国6年获「国家杰青」,现任大学常务副校长,新发第19篇Nat. Commun.!
【Lammps】计算发顶刊!Science子刊:基于不同酚类单体的微孔聚芳酯膜用于高效有机溶剂分离
【免费公开课】全流程实操解析过渡态计算,一堂课理清 QE与VASP 计算差异!
首次报道!150次,98.8%!哈工大&上海空间电源研究所,最新EES!
近100%产率!清华王训&刘清达,最新JACS!
强强联手!华东师大「国家杰青」&湖大「国家高层次人才」,最新Angew!
「国家杰青/长江特聘/外籍院士」新发Nature子刊!
3.3万次循环!复旦夏永姚&浙师大黄健航,最新EES!
武汉理工李远志团队,最新AFM!
铁基催化,登顶Nature Catalysis!
【周四19点】直播揭秘:VASP vs QE,全面展示过渡态计算流程!
攻克过渡态计算难关:全流程实操解析,一堂课理清 QE与VASP 计算差异!
中科院上硅所「国家杰青/国重首席科学家」黄富强团队,最新AFM!
4340次!郑大化工学院院长,联手清华「长江学者」,最新Angew!
北京化工大学「国家杰青」,最新AEM!
他,师从院士/杰青,博士毕业3年任清华副教授,7年获「国家优青」,新发JACS!
【MS答疑汇总】第七期!每周十道精选,MS小白福音!
200C,-60℃!打破传统!南开大学陈军院士,最新JACS!
IF=32.4!美国东北大学祝红丽,最新EES!
强强联手!西安交大&伍伦贡大学,最新Nature子刊!
仅3张图,一篇Nature Energy!
理论计算在电池研究中的10大应用与100+案例:吸附、扩散、反应机理、材料改性、界面、结构转变、SEI膜、谱学、电解质、相图计算
锂电池,再登Nature Materials!
他,大连理工「国家杰青」/国重副主任,新发Nature子刊!
746页Materials Studio官方手册、中文版、答疑手册!DFT入门必备!
新突破!安师大盛天&吴正翠,最新Angew!
中科院理化所吴骊珠院士,最新Angew!
武汉大学「国家杰青」,最新EES!
重磅!北航赵立东,第十篇Science!
美国辛辛那提大学刘巍教授,最新JACS!
他,C-H活化第一华人学者,华东师大校友,最新JACS!
重磅!崔屹院士,今日Science!
院士领衔!四川大学/深圳大学,最新Nature子刊!
下载链接!36小时Materials Studio视频:建模、自由能、过渡态、吸附能、结合能、能带、态密度、光学、声子、溶剂化等
国家能源集团,最新Nature!
挂185个作者!全球最大的搜索引擎公司,发Nature!
迄今最高!中科院物理所Nature!
她,「国家优青」,博士毕业三年任985教授,联手院士导师,新发Nature Chemistry!
免费赠送!160页VESTA软件保姆级教程手册!
4页PDF回复审稿人,打破质疑!他,「国家杰青」,联手新晋「国家优青」,再发Nature子刊!
师徒联手!吉大崔小强,联合港城大,最新AFM!
强强联手!北大「国家杰青」&中科大,新发Nature子刊!
杰青领衔!厦门大学,最新Science Advances!
10000个晶体结构CIF文件:MOF、MXenes、催化、电池、二维材料、钙钛矿、金属、纳米管等!
一天三篇Nature!钙钛矿太阳能电池!
FE达150%!南工大陈宇辉&南大闫世成,最新Nature子刊!
IF=38.1!2个人,一篇Nature顶级综述!
分类
时事
民生
政务
教育
文化
科技
财富
体娱
健康
情感
旅行
百科
职场
楼市
企业
乐活
学术
汽车
时尚
创业
美食
幽默
美体
文摘
原创标签
时事
社会
财经
军事
教育
体育
科技
汽车
科学
房产
搞笑
综艺
明星
音乐
动漫
游戏
时尚
健康
旅游
美食
生活
摄影
宠物
职场
育儿
情感
小说
曲艺
文化
历史
三农
文学
娱乐
电影
视频
图片
新闻
宗教
电视剧
纪录片
广告创意
壁纸头像
心灵鸡汤
星座命理
教育培训
艺术文化
金融财经
健康医疗
美妆时尚
餐饮美食
母婴育儿
社会新闻
工业农业
时事政治
星座占卜
幽默笑话
独立短篇
连载作品
文化历史
科技互联网
发布位置
广东
北京
山东
江苏
河南
浙江
山西
福建
河北
上海
四川
陕西
湖南
安徽
湖北
内蒙古
江西
云南
广西
甘肃
辽宁
黑龙江
贵州
新疆
重庆
吉林
天津
海南
青海
宁夏
西藏
香港
澳门
台湾
美国
加拿大
澳大利亚
日本
新加坡
英国
西班牙
新西兰
韩国
泰国
法国
德国
意大利
缅甸
菲律宾
马来西亚
越南
荷兰
柬埔寨
俄罗斯
巴西
智利
卢森堡
芬兰
瑞典
比利时
瑞士
土耳其
斐济
挪威
朝鲜
尼日利亚
阿根廷
匈牙利
爱尔兰
印度
老挝
葡萄牙
乌克兰
印度尼西亚
哈萨克斯坦
塔吉克斯坦
希腊
南非
蒙古
奥地利
肯尼亚
加纳
丹麦
津巴布韦
埃及
坦桑尼亚
捷克
阿联酋
安哥拉