菱形石墨炔薄膜He分离特性的密度泛函理论研究

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.

关键词：菱形石墨炔、He分离、选择性、渗透率、密度泛函理论

所属期刊栏目：33

分类号：O647(物理化学（理论化学）、化学物理学)

资助基金：The project was supported by Shandong Province Key Research and Development Projects,China 2015GGB01552.山东省重点研发项目2015GGB01552

在线出版日期：2018-01-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：2219-2226