菱形石墨炔薄膜He分离特性的密度泛函理论研究

李桂霞 姜永超 李鹏 潘维 李永平 刘云杰

引用本文: 李桂霞,  姜永超,  李鹏,  潘维,  李永平,  刘云杰. 菱形石墨炔薄膜He分离特性的密度泛函理论研究[J]. 物理化学学报, 2017, 33(11): 2219-2226. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705192 shu
Citation:  LI Gui-Xia,  JIANG Yong-Chao,  LI Peng,  PAN Wei,  LI Yong-Ping,  LIU Yun-Jie. Helium Separation Performance of the Rhombic-Graphyne Monolayer Membrane: Density Functional Theory Calculations[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(11): 2219-2226. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705192 shu

菱形石墨炔薄膜He分离特性的密度泛函理论研究

  • 基金项目:

    山东省重点研发项目(2015GGB01552)资助

摘要: 氦气在科学和工业等领域中都具有不可替代的作用,其主要存在于天然气中。如何高效地从天然气中分离氦气显得至关重要。本文基于密度泛函理论(DFT)方法系统地探究了菱形石墨炔(rhombic-graphyne,R-GY)分离膜对He和其他天然气组分(Ne、Ar、CO2、N2和CH4)的吸附、选择和渗透性能。结果表明,R-GY作为He分离膜可同时满足高选择性和高渗透率的要求。常温下,R-GY薄膜对He/Ne、He/CO2、He/N2、He/Ar和He/CH4的选择性可分别达到2×107、3×1020、9×1026、7×1037和5×1051,即使在600 K时仍可保持较高水平。此外,由于较低的扩散能垒,He穿透R-GY薄膜的渗透率在常温下可达到10-6 mol·m-2·s-1·Pa-1,高出工业标准近3个数量级;而其他气体组分在常温下的渗透率仅为10-58-10-14 mol·m-2·s-1·Pa-1,气体无法渗透R-GY薄膜。

English

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  • 收稿日期:  2017-04-12
  • 修回日期:  2017-05-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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