论文总字数：19765字

摘 要

因为石墨炔在结构、电、光和机械学性质方面的优越性，使得它在氢气贮存和锂离子电池等许多方向有很多可能的应用。尤其是石墨炔单原子厚度的平面板上自然存在的均匀三角孔结构，并且单层板结构便表现较强的机械稳定性，这促使它在用于膜材料方面有广大前景。目前，已经存在理论研究证明了了石墨炔用于膜材料来实现气体分离和海水脱盐方面的科学性。但是，还未有研究报道石墨炔膜对于分离浓稠液体方面的运用。同时，有关研究表示乙醇会优先吸附在石墨烯和碳纳米管的表面，因此，拥有相似的疏水特性的石墨炔的表面可能对乙醇也有优先吸附的作用。这里我们运用分子动力学模拟的方法研究讨论了乙醇-水混合物在石墨炔材料表面的界面特性和渗透行为。

关键词：石墨炔 乙醇 水 吸附 分离 分子动力学模拟

ABSTRACT

Graphyne display promising structural, electronic, optical and mechanical properties, which lead to many potential applications, including H₂ storage and Li-ion batteries. Specially, graphyne is one-atom-thick planar sheet possessing the pristine and uniform triangular pores, and displays mechanical stable, suggesting their potential application as membranes. At present, theoretical research has reported graphyne as membrane for gas separation and water desalination. However, there is still no report in graphyne sheet as membrane for the separation of dense liquid mixture. Moreover, previous researches show that ethanol is preferentially adsorbed in the surface of graphene and carbon nanotube. As the similar hydrophobic surface, graphyne would also display the preferential adsorption for ethanol molecule. This paper focuses on interfacial properties and permeation behavior of ethanol/water mixture surrounding the graphyne sheets through molecular dynamics simulation.

Key Words: Graphyne; Ethanol; Water; Adsorption; Separati

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 石墨炔的性质 1

1.1.1 结构性质 1

1.1.2 电学性质 1

1.1.3 光学性质 1

1.1.4 机械性质 2

1.2 石墨炔的实际运用 2

1.3 石墨炔的制造 3

1.4 乙醇-水混合物的分离现状 4

1.4.1 聚合物膜 4

1.4.2 沸石分子筛膜 4

1.4.3 复合膜 4

1.4.4推测 5

1.5 分子动力学模拟(MD) 5

1.6 研究机理 5

1.7小结 5

第二章 乙醇-水与石墨炔界面性质的模拟 7

2.1 背景 7

2.2 模拟方式 7

2.2.1 模型描绘 7

2.2.2 模拟细节 9

2.3 结果与讨论 10

2.3.1 石墨炔上的吸附 10

2.4 本章小节 17

第三章 乙醇-水透过石墨炔膜及机理的研究 18

3.1 引言 18

3.2 模拟方法 18

3.2.1 模拟模型 18

3.2.2 模拟细节 18

3.3 结果与讨论 19

3.3.1 乙醇-水加压透过 G-4 膜的模拟 19

3.4 本章小结 21

第四章 结论 22

参考文献 23

致谢 26

第一章 绪论

碳的多种杂化轨道（如sp、sp2和sp3杂化）使得它能够形成多种碳同素异形体，而石墨烯正因其优秀的性能已经引起了广泛的关注。与石墨烯完全由sp2杂化碳原子组成不同，石墨炔是由sp 和sp2杂化碳原子共同组成的新型层状的碳同素异形体。石墨炔可以看成是石墨烯中的碳碳键被乙炔键所取代形成的结构（如图1-1）。石墨炔同素异形体中的一种形式被称作γ-graphyne。

图1-1 不同种类的γ-graphyne

1.1 石墨炔的性质

1.1.1 结构性质

石墨炔是一种单原子厚度的新型碳同素异形体。在石墨炔中，连接相邻苯基环之间的乙炔链形成均匀的三角形纳米孔，并且纳米孔的尺寸可以通过改变乙炔键的数目来调节。这种天然均匀的三角形孔使得石墨炔膜在分离方面有很多潜在的应用，例如气体分离和海水脱盐。

1.1.2 电学性质

第一原理计算说明石墨炔同素异形体具有自然电子带隙，这是零带隙的石墨烯所不具有的性质。直接带隙的存在促使了石墨炔材料在光电子设备上的运用。有的科学家们^[1]预测石墨炔会比石墨烯更加适合应用于场效应晶体管。

1.1.3 光学性质

请支付后下载全文，论文总字数：19765字