《多孔納米材料對溫室氣體二氧化碳的高效捕獲與存儲》是依託南京理工大學，由劉玉真擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多孔納米材料對溫室氣體二氧化碳的高效捕獲與存儲
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉玉真
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
環境問題是二十一世紀人類面臨的最大挑戰之一，傳統能源在使用過程中排放出大量溫室氣體（主要是CO2），對人類的生存環境帶來了致命的威脅。如何降低大氣中二氧化碳的含量，是人類面臨的緊迫問題。多孔納米材料（如MOF、ZIF、COF等）因其較大的比表面積成為捕獲和存儲CO2的最佳材料，如何提高它們的捕獲與存儲性能，需要對它們進行深入、系統的理論研究。本項目擬採用第一性原理計算方法來建立一套精確的力場參數，並發展巨正則蒙特卡洛方法的並行程式，通過多尺度模擬，研究小分子功能團修飾、金屬替換或摻雜、以及在金屬修飾基礎上內嵌富勒烯、碳納米管等雙重修飾調節這些多孔納米結構，探討它們對CO2與其它氣體（如H2、N2、CO、CH4等）的分離機理及其對於CO2的吸附機理，以期大幅提高它們對二氧化碳的捕獲與存儲能力，為設計和製備出高效二氧化碳捕獲和存儲的多孔納米材料提供理論依據和指導。
結題摘要
傳統能源在使用過程中排放出大量溫室氣體（主要是CO2），對人類的生存環境帶來了致命的威脅，因此減少和控制大氣中的碳含量是我們人類需要亟待解決的環境問題。如何降低大氣中二氧化碳的含量，一種方式是通過捕獲的方式減少大氣中的二氧化碳，另一種方式充分利用清潔能源替代傳統能源（如氫能）。伴隨著多孔納米材料的發現，包括三維金屬有機骨架（MOF）、類石墨烯C-N（如g-C2N）在內的多孔納米材料因其較大的比表面積、自然的孔徑成為捕獲、存儲以及分離氣體的最佳材料，如何進一步提高它們對氣體的捕獲與存儲性能，是本項目研究的重點和目標。本項目通過功能團修飾、團簇嵌入、金屬開放點位引入的方法對實驗上已合成的材料進行改性設計，採用多尺度模擬研究改性後的材料對CO2、H2的捕獲能力以及與其它氣體（如N2、CH4等）的分離性能。通過比較表征儲存容量以及分離性能的參量，預測對氣體捕獲和存儲性能較好的多孔納米材料。主要研究內容包括：（1）基於第一性原理理論上研究了二維多孔石墨二炔以及具有S缺陷的MoS2材料對氣體的分離性能；（2）利用第一性原理和巨正則蒙特卡洛模擬（GCMC）系統研究了金屬摻雜的類石墨烯碳氮（g-C2N）材料對二氧化碳的捕獲行為；（3）利用巨正則蒙特卡洛方法（GCMC）研究了CO2氣體在Li摻雜的多孔框架材料中的吸附性能以及CO2/N2和CO2/CH4氣體的分離性能。 在項目的資助下，項目組在ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Phys. Chem.C 、Phys. Chem. Chem. Phys等期刊上發表論文9篇，期望為氣體的捕獲和分離提供一定的理論依據。
