Simulation Study on Diffusion and Local Structure of CH4, CO2, SO2, and H2O Mixtures into Double-Layers Graphene

石墨烯 扩散 材料科学 化学物理 结晶学 凝聚态物理 纳米技术 化学 热力学 物理
作者
Minghui Hu,Wei Gao,Lisha Zhang,Yize Wang,Yaping Tao,Wenda Qiu,Huajie Feng
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:128 (46): 11402-11416 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.4c03545
摘要

Graphene has been widely studied as an ideal material for the adsorption and separation. In this work, we used molecular dynamics simulations to investigate the evolution of diffusion and local structure of CH4, CO2, SO2, and H2O mixtures into double-layers graphene under seven different interlayer spacings and four different CO2 concentrations. The results showed that the adsorption of CH4 and CO2 molecules on the graphene surface weakened with increased interlayer spacing. The diffusion capacities of CH4 and CO2 in the mixed system were significantly improved by increasing the interlayer spacing. In interlayer spacings ranging from 5 to 10 nm, the diffusion capacities of each component varied significantly in the order CH4 > CO2 ≫ H2O > SO2. Compared with CH4 and CO2, the local structures of SO2 and H2O were more affected by the interlayer spacing. Larger interlayer spacings or higher CO2 concentrations were advantageous for the formation of stronger hydrogen bond structures between H2O molecules. When the CO2 concentrations were between 10% and 20% and the interlayer spacing of graphene was 8 nm, the graphene structure exhibited the best adsorption and separation effects on CH4 and other components.
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