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摘要

Henry系数和等量吸附热是表征气体吸附中气-固作用的重要参数. 为了更好地理解气体在粗糙孔隙中的吸附特征, 首先构造并计算了矩形波纹粗糙狭缝及其外势分布. 进一步, 采用经典统计力学研究了狭缝中 $ \text{H}_{2} $ 分子在低压范围内的纵向Henry系数和等量吸附热. 研究结果表明, 粗糙狭缝的几何形貌和基板间距等因素可对狭缝中气体的纵向Henry系数和等量吸附热产生显著的影响与调制作用. 进一步, 在Henry范围内计算了 $ \text{CO}_{2}/ \text{H}_{2} $ 二元混合物气体在矩形波纹粗糙狭缝中的吸附选择性, 并研究了狭缝几何形貌的调制作用. 此外, 还研究了不同形状的凸起对气体吸附性质的影响. 相关的结果可为理解多孔材料中气体的吸附、分离和提纯等过程提供可靠的理论依据, 并有望为设计与研发新型纳米功能材料提供有益的参考.

关键词:

Abstract

Henry constant and isosteric heat of adsorption are important parameters for characterizing the gas-solid interaction in an adsorption process. In order to better understand the adsorption behavior of gas in rough pores, we construct rough slit pores by using two rectangular corrugated substrates, and then calculate the potential profile in it. By utilizing classical statistical mechanics, the longitudinal Henry constant and isosteric heat of $ \text{H}_{2} $ are further calculated in the Henry region. The results suggest that both geometric morphology and pore width can significantly influence and modulate the longitudinal Henry constant and isosteric heat of the gas in the pore. Furthermore, the selectivity of adsorption in the binary $ \text{CO}_{2}/ \text{H}_{2} $ mixture is also calculated and investigated in the Henry region. In addition, the effects of corrugated substrates with different geometries on adsorption properties are also calculated and studied. The result can provide reliable theoretical basis for understanding the adsorption, separation and purification of the gas in porous materials, and it is also expected to provide helpful idea for designing and exploring new nano functional materials.

Keywords:

作者及机构信息

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通信作者:王海军,whj@hbu.edu.cn; 孙宗利,sunzl@ncepu.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 21503077)、中央高校基本科研业务费(批准号: 2020MS147)和河北省高等学校科学技术研究项目(批准号: QN2018119)资助的课题

Authors and contacts

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Corresponding author:Wang Hai-Jun,whj@hbu.edu.cn; Sun Zong-Li,sunzl@ncepu.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 21503077), the Fundamental Research Fund for the Central Universities of the Ministry of Education of China (Grant No. 2020MS147), and the Science and Technology Project of Hebei Education Department, China (Grant No. QN2018119)

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分子种类	$\sigma_{\text{gg}}$/nm	$\varepsilon_{\text{gg}}/k_\text{B}$/K	$\sigma_{\text{gs}}$/nm	$\varepsilon_{\text{gs}}/k_\text{B}$/K	文献
He	0.2560	10.21	0.2980	16.90	[29]
Ne	0.2780	34.90	0.3080	31.26	[30]
Ar	0.3405	119.80	0.3393	57.92	[30]
Kr	0.3685	164.40	0.3533	67.85	[30]
Xe	0.4100	221.00	0.3740	78.66	[30]
$\text{H}_{2}$	0.2830	59.70	0.3105	40.87	[31]
$\text{N}_{2}$	0.3575	94.45	0.3494	53.22	[32]
$\text{CH}_{4}$	0.3820	148.20	0.3600	64.40	[33]
$\text{CO}_{2}$	0.3454	235.90	0.3430	81.50	[32]

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