分子模拟研究微孔材料对光气吸附扩散性能的影响及材料筛选

摘要

利用分子模拟的方法研究了微量光气(COCl2)在微孔材料中的吸附和扩散性能,并分析了材料结构的影响.结果表明,光气在金属有机框架材料(MOF)和共价有机框架材料(COF)中的吸附等温线主要表现为第Ⅰ类型和第Ⅴ类型吸附.当光气压力较低时,COF材料和含有开放金属位点的材料对其吸附性能较好.通过对不同压力下吸附量的比较发现,吸附达到饱和前,随着压力和孔隙率(VF)的升高,材料对光气的吸附量增大.通过分子动力学模拟研究光气在微孔材料中的扩散性能发现,较强吸附位点的存在不利于光气在孔道中的扩散.通过气体分子在材料中的径向函数分布图及模拟轨迹分析发现,分子协同效应和空间位阻效应相互竞争决定了扩散速率的快慢.综合评价材料的吸附和扩散性能发现,COF-102,COF-300,ZnMOF-74,Zn-DOBDC和PCN-60是理想的吸附材料,这些材料可以应用于环境中光气泄漏的防治.