有機(jī)骨架材料中甲烷吸附性質(zhì)的分子模擬與量化計(jì)算
本文關(guān)鍵詞：分子計(jì)算科學(xué)——化學(xué)工程新的生長點(diǎn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
《青島科技大學(xué)》 2010年
金屬—有機(jī)骨架材料中甲烷吸附性質(zhì)的分子模擬與量化計(jì)算
閻淑蕓
【摘要】： 金屬-有機(jī)骨架(Metal-Organic Frameworks,MOF)材料是一類具有高孔隙率、高吸附量、熱穩(wěn)定性好的類沸石的新型多孔材料,其在氣體吸附分離、光電性能、催化、傳感器等方面擁有誘人的應(yīng)用潛力。計(jì)算化學(xué)不僅可以突破傳統(tǒng)方法中的局限性,而且還可為最佳吸附材料的設(shè)計(jì)和最優(yōu)操作工況的確定提供理論依據(jù),實(shí)現(xiàn)以經(jīng)驗(yàn)為主向定量和定向制備的轉(zhuǎn)變,從而節(jié)省大量繁雜的實(shí)驗(yàn)研究。因此,開展對MOF材料中甲烷吸附的理論研究,具有非常重要的實(shí)際意義。 本文采用分子模擬和量子化學(xué)計(jì)算兩種方法,對MOF材料中甲烷的吸附性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究。主要內(nèi)容如下: 1.通過巨正則系綜蒙特卡洛法(Grand Canonical Monte Carlo, GCMC),對甲烷在各種MOF材料中的吸附情況進(jìn)行了模擬研究,驗(yàn)證了由Snurr組和Wang組從傳統(tǒng)MOF材料得出的設(shè)計(jì)結(jié)論仍適用于新型材料。另外,孔結(jié)構(gòu)也是設(shè)計(jì)材料時(shí)的一個(gè)不可忽略的因素,因此通過孔結(jié)構(gòu)分類來考察吸附量與因素之間的相關(guān)性,將比籠統(tǒng)分析更加直觀和清晰。 2.本文對甲烷在金屬-有機(jī)骨架材料中的吸附性質(zhì)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)UMCM-2 (UMCM: University of Michigan Crystalline Material)在100 K、110 K和120 K的溫度下,UMCM-2分別在0.18 KPa、0.74 KPa和2.2 KPa時(shí),出現(xiàn)step現(xiàn)象。 3.采用質(zhì)心分布圖分析甲烷在新型MOF材料中的吸附位,對于大孔和小孔的材料,氣體分子優(yōu)先吸附在小孔內(nèi),主要吸附在金屬簇附近,一般地說,氣體分子首先吸附在材料的壁上,隨著壓力的增大,氣體分子逐漸吸附在材料的孔或孔道的中心。 4.本文基于量子化學(xué)計(jì)算的方法,選用具有代表性的MOF材料,即UMCM-2,對甲烷在此類材料中的吸附機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究,結(jié)果表明:甲烷在此類材料中的吸附位置主要有:大、中、小胞腔的Zn4O角落處,BTB的中心環(huán)面的正面、側(cè)面、靠近Zn4O的環(huán)面,T2DC環(huán)面的正面、側(cè)面。甲烷在UMCM-2中的吸附順序與甲烷在IRMOF-1和IRMOF-6(IRMOF: Isoreticular Metal-Organic Framework)中的吸附順序情況相同,Zn4O是最佳吸附位,尤其是氧原子的位置,供電子基團(tuán)有利于增強(qiáng)甲烷與MOF材料的相互作用,-C6H6基團(tuán)相對-C2H4基團(tuán)來說是弱供電子基團(tuán),因此BTB吸附能小于帶有-C6H6基團(tuán)的苯環(huán)的吸附能。 5.采用HF和DFT中的B3LYP兩種方法,四種基組[STO-3G、6-31G、6-31G(D)和6-311G]計(jì)算代表性材料UMCM-2的原子電荷。以UMCM-2為研究體系,討論研究不同算法,不同基組對計(jì)算結(jié)果的影響,同時(shí)分析了相同基組下,不同方法計(jì)算出來的原子電荷的相關(guān)性。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：O647.31
【目錄】：
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【引證文獻(xiàn)】
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8 莊文昌;陳曉;楊春杰;王廬巖;柴永存;;小角X射線散射表征AOT/水層狀溶致液晶的有序性[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年
9 李英;何秀娟;馬保民;邵月華;李伯勤;;溫控硬脂酸鈉凝膠的自組裝及微觀結(jié)構(gòu)[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年
10 卞瀟雨;蘭惠清;;分子模擬在磁性液體的研究進(jìn)展[A];2006年全國功能材料學(xué)術(shù)年會專輯[C];2006年
中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 石克軒;[N];中國石化報(bào);2000年
2 陸小華;[N];中國化工報(bào);2005年
3 本報(bào)實(shí)習(xí)記者 高成森;[N];中國醫(yī)藥報(bào);2002年
4 暨南大學(xué)醫(yī)藥生物技術(shù)研究開發(fā)中心 鄭青;[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2001年
5 岳陽;[N];中國醫(yī)藥報(bào);2007年
6 李曉巖;[N];中國化工報(bào);2008年
7 本報(bào)駐美國記者 張孟軍;[N];科技日報(bào);2005年
8 山水;[N];中國石化報(bào);2007年
9 胡德榮;[N];健康報(bào);2007年
10 王紅;[N];中國化工報(bào);2004年
中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 許青;金屬—有機(jī)骨架材料中氣體吸附分離及材料改性設(shè)計(jì)的分子模擬研究[D];北京化工大學(xué);2010年
2 孫命;分子模擬在生命有機(jī)磷化學(xué)中的應(yīng)用[D];清華大學(xué);2004年
3 劉丹;離子液體與分子篩在柴油深度脫硫中的應(yīng)用及其分子模擬[D];中國石油大學(xué);2007年
4 孫克勤;選擇性催化還原脫硝的理論及實(shí)驗(yàn)研究[D];南京理工大學(xué);2007年
5 張軍;咪唑啉類緩蝕劑緩蝕機(jī)理的理論研究[D];中國石油大學(xué);2008年
6 張纓;有機(jī)物系溶液結(jié)晶過程中形態(tài)學(xué)控制研究[D];天津大學(xué);2005年
7 王三躍;金屬—有機(jī)骨架材料中流體吸附性質(zhì)的量化計(jì)算與分子模擬研究[D];北京化工大學(xué);2007年
8 汪敬;四唑衍生物熱分解機(jī)理的分子模擬研究[D];四川大學(xué);2002年
9 熊振海;大環(huán)芳香配體配合物對正常和錯(cuò)配DNA結(jié)構(gòu)識別作用的分子模擬[D];山西大學(xué);2004年
10 王克亮;有序介孔碳制備及萘吸附性能的實(shí)驗(yàn)和分子模擬研究[D];華南理工大學(xué);2012年
中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 閻淑蕓;金屬—有機(jī)骨架材料中甲烷吸附性質(zhì)的分子模擬與量化計(jì)算[D];青島科技大學(xué);2010年
2 高猛;堿金屬修飾的三維共價(jià)有機(jī)骨架材料儲氫性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年
3 黎軍;載銅活性炭絡(luò)合吸附一氧化碳的分子模擬研究[D];南京工業(yè)大學(xué);2004年
4 肖勇;流體汽液相平衡的分子模擬研究[D];重慶大學(xué);2005年
5 司瑞;乙醇汽油分層問題研究[D];天津大學(xué);2008年
6 劉華鼐;氨基酸相關(guān)復(fù)合物的分子模擬與質(zhì)譜分析[D];天津師范大學(xué);2005年
7 馬賀;碳納米管的制備、能帶和電子發(fā)射計(jì)算[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2006年
8 程杰;自組裝谷氨酸螺旋納米管的分子模擬[D];哈爾濱理工大學(xué);2005年
9 魏傳宇;QCM甲醛傳感器的有機(jī)敏感薄膜研究[D];大連理工大學(xué);2006年
10 張陽;分子模擬在純超臨界流體及其二元混合物體系中的應(yīng)用[D];清華大學(xué);2005年
本文關(guān)鍵詞：分子計(jì)算科學(xué)——化學(xué)工程新的生長點(diǎn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
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