外部刺激例如電場(chǎng)的應(yīng)用，可以促進(jìn)氣體分離。采用分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬方法分析了動(dòng)態(tài)電場(chǎng)促進(jìn)H
2O/O
2氣體分子在雙層納米多孔氧化石墨烯膜上的分離過(guò)程。計(jì)算結(jié)果表明，H
2O分子在外電場(chǎng)為10
-4 V·Å
-1的情況下，氣體滲透率提高到3.26 x 10
3 mol·m
-2·s
-1，與O2分子相比，選擇性提高了1.44，在沒(méi)有外加電場(chǎng)的情況下為0.33。O
2分子的分離性提高到1.44，其在無(wú)外電場(chǎng)時(shí)為0.33。通過(guò)研究電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)相互作用能的影響，闡明了促進(jìn)H
2O/O
2分離的機(jī)理。電場(chǎng)抑制了H
2O分子和H
2O膜之間的氫鍵相互作用。在電場(chǎng)作用下加速解吸會(huì)使膜上有更多的吸附位點(diǎn)，從而促進(jìn)H
2O分子的滲透。
圖1. (a) C
8O
2(OH)
2重復(fù)單元、(b)納米多孔GO的正視圖、(c)氧化官能團(tuán)分布的側(cè)面圖、和(d)錯(cuò)位孔隙的2NPGO的分子構(gòu)型(黃色：H原子，紅色：-OH中的O原子，藍(lán)色：O = O中的O原子，灰色：C原子)。
圖2. 模擬系統(tǒng)盒子中含有H
2O和O
2分子的混合物。
圖3.無(wú)電場(chǎng)時(shí)(左a-d)和電場(chǎng)為10
-4 V·Å
-1時(shí)(右e-h)混合氣體滲入2NPGO的快照。
圖4.無(wú)電場(chǎng)時(shí)(虛線)和電場(chǎng)為10
-4 V·Å
-1時(shí)(實(shí)線)H
2O/O
2的濃度分布。
圖5. H
2O(左)和O
2(右)分子在不同電場(chǎng)下的均方位移（MSD）。
圖6. 不同電場(chǎng)強(qiáng)度下H
2O和O
2的擴(kuò)散系數(shù)變化規(guī)律。
圖7. 外加電場(chǎng)為10
-4 V·Å
-1時(shí)，吸附層(左)和滲透?jìng)?cè)(右)的氣體分子數(shù)量的時(shí)間演變。
圖8. 不同電場(chǎng)時(shí)氣體分子的滲透速率和H
2O/O
2的分離因子。
圖9. H
2O/O
2分子與膜之間的相互作用勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。
圖10. H
2O分子滲透2NGPO膜。
相關(guān)研究成果由東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院Muxing Zhang等人于2022年發(fā)表在Journal of Molecular Liquids (https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.118634)上。原文：Molecular dynamics study on electric field-facilitated separation of H
2O/ O
2 through nanoporous graphene oxide membrane。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
