Improving the adsorption capacity of amino-modified Mg-Al LDH using a combined DFT and experiment

层状双氢氧化物 吸附 分子 扩散 密度泛函理论 化学 热力学 计算化学 材料科学 化学工程 物理化学 有机化学 工程类 物理
作者
Ning Ai,Quanwang Yan,Changyi Lai,Qining Wang,Jie Ren
出处
期刊:Journal of CO2 utilization [Elsevier BV]
卷期号:71: 102454-102454 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jcou.2023.102454
摘要

The adsorption of CO2 using layered double hydroxides (LDHs) such as Mg-Al LDH is both technically feasible and economical. Although some approaches to the modification of LDHs have proved fruitful, there is still a need for further improvement in the adsorption capacity of modified LDHs. Here, a new optimization direction for amino-modified Mg-Al-LDHs is proposed based on using DFT and AIMD simulations to elucidate the mechanism of CO2 diffusion. The proposed approach was then evaluated experimentally. Theoretical calculations showed that the adsorption energy of ordinary amino-modified LDHs was low, at − 0.56 eV. DFT simulations showed that the number of interlayer water molecules affects the CO2 adsorption energy, with the optimum adsorption energy of − 0.78 eV obtained in the presence one interlayer water molecule. Experimental analysis showed that the drying time affects the amount of interlayer water and thus the CO2 adsorption capacity, with the maximum adsorption capacity of 1.7424 mmol/g obtained after drying for 5 h. This study provides useful insights towards the development of materials such as Mg-Al LDHs for efficient CO2 adsorption and highlights the critical role of interlayer-bound water on the adsorption performance.
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