CH_4/H_2O/CO_2在β-SiO_2(100)面吸附的第一性原理研究

多孔介质中的吸附直接影响页岩气赋存、运移.基于密度泛函理论从量子力学角度研究CH_4/H_2O/CO_2在页岩储层主体矿物成分SiO_2上的吸附构型和吸附特性,计算并分析了吸附能与态密度等特征.研究表明:CH_4、H_2O和CO_2在β-SiO_2(100)面的吸附能分布在-0.2 eV～-0.1eV区间内,为物理吸附;最小吸附能大小依次为:CH_4 H_2O CO_2,即,CO_2的吸附能力最强,H_2O次之,CH_4最弱;各吸附质处于吸附能最大与最小时的键长键角变化均小于1%,最大吸附能对应的吸附质键长键角变化率均大于吸附能最小时的,吸附质的物理结构变化微弱表明其所受作用力微弱;基底处于最稳定吸附位时态密度基本重合,表明各吸附质与β-SiO_2表面相互作用相似且差异较小;CH_4、H_2O、CO_2的态密度均出现不同程度偏移,且CO_2在能量更低的区域具有态密度分布,更易优先吸附.     

CH_4、H_2O在CaCO_3(010)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,研究了CH_4和H_2O在CaCO_3(010)面上各高对称位的吸附情况,优化了CH_4与H_2O在T位、 B位和H位的吸附模型结构,计算了其在各高对称位的吸附能,并对其各自最稳定的吸附位吸附前后的物理结构和电子态密度进行了对比分析.结果表明:CH_4、 H_2O分子分别在LBⅢ位、 SBⅢ位最稳定,吸附能分别为-0.405 eV、-0.138 eV,是一种物理吸附,吸附前后键长键角的变化较小,表现为亲气;吸附后CH_4和H_2O的态密度曲线整体向低能量区偏移约7.5 eV、 5eV,吸附后CH_4和H_2O结构都更加稳定,吸附作用对CH_4和H_2O分子的电子结构影响显著.     

CH_4、H_2O在CaCO_3(010)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,研究了CH_4和H_2O在CaCO_3(010)面上各高对称位的吸附情况,优化了CH_4与H_2O在T位、B位和H位的吸附模型结构,计算了其在各高对称位的吸附能,并对其各自最稳定的吸附位吸附前后的物理结构和电子态密度进行了对比分析.结果表明:CH_4、H_2O分子分别在LBⅢ位、SBⅢ位最稳定,吸附能分别为-0.405 eV、-0.138 eV,是一种物理吸附,吸附前后键长键角的变化较小,表现为亲气;吸附后CH_4和H_2O的态密度曲线整体向低能量区偏移约7.5 eV、5eV,吸附后CH_4和H_2O结构都更加稳定,吸附作用对CH_4和H_2O分子的电子结构影响显著.     

CH_4、H_2O在CaCO_3(010)表面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理方法,研究了CH_4和H_2O在CaCO_3(010)面上各高对称位的吸附情况,优化了CH_4与H_2O在T位、B位和H位的吸附模型结构,计算了其在各高对称位的吸附能,并对其各自最稳定的吸附位吸附前后的物理结构和电子态密度进行了对比分析.结果表明:CH_4、H_2O分子分别在LBⅢ位、SBⅢ位最稳定,吸附能分别为-0.405 eV、-0.138 eV,是一种物理吸附,吸附前后键长键角的变化较小,表现为亲气;吸附后CH_4和H_2O的态密度曲线整体向低能量区偏移约7.5 eV、5eV,吸附后CH_4和H_2O结构都更加稳定,吸附作用对CH_4和H_2O分子的电子结构影响显著.     

气体分子在石墨表面的吸附与扩散特性

采用分子动力学方法模拟研究气体分子在石墨表面上的吸附和扩散特性,结果表明气体分子在石墨表面上的吸附强度跟石墨中碳原子和气体分子之间的微观作用力密切相关,不同分子在石墨表面上的吸附强度不同。气体分子在石墨表面上的吸附特性符合Langmuir等温吸附模型,压力越高吸附层内分子的密度越高。通过分子的表面扩散系数随着压力的增加而降低的现象以及特定时间内分子运动距离的正常概率分布,发现石墨表面上分子的扩散主要由分子之间的碰撞控制,趋近于体相扩散。分子在石墨表面吸附层内的密度对表面扩散系数的影响非常显著,导致吸附性强的CO_2和H_2S分子扩散系数要明显低于吸附性弱的CH_4和N_2分子.     

页岩气在Ⅱ型干酪根有机质中吸附的分子模拟

有机质是页岩气吸附的重要场所,室内实验描述干酪根有机质的物理和结构性质和研究页岩气在其中的吸附非常困难.分子模拟软件根据干酪根的实验分析数据构建干酪根有机质模型能在分子水平上研究气体的吸附状态.通过构建三维的Ⅱ型干酪根模型,运用巨正则蒙特卡洛方法(GCMC)来研究页岩气在干酪根分子模型中的吸附,分析了干酪根类型、温度、气体组成对气体吸附的影响和吸附剂模型对CH_4,C_2H_6的选择吸附性.运用分子动力学(MD)方法分析了页岩气在干酪根模型中吸附的结构性质.结果表明:相比于Ⅱ-C,Ⅱ-D型干酪根模型有更大的吸附量;温度升高,吸附量减小;在多组份气体吸附中随着压力的上升C_2H_6吸附量呈现了先增大后减小,最后趋于稳定的现象;干酪根模型对C_2H_6具有优先吸附的性质;干酪根模型中S原子与气体分子之间的相互作用最强,H原子与气体分子之间的相互作用距离最小.     

二甲醚/氧气/氩气低压层流预混燃烧研究

利用同步辐射真空紫外单光子电离结合分子束质谱技术,对当量比φ=1.5的低压预混层流二甲醚火焰进行了实验研究。通过测量光电离质谱和光电离效率曲线,探测到了二甲醚/氧气/氩气的燃烧产物和火焰中间物,包括不稳定的分子和自由基。通过测量离子信号的空间分布曲线,计算了二甲醚/氧气/氩气火焰的主要物种C_2H_6O、O_2、Ar、H_2、H_2O、CO和CO_2的摩尔分数曲线,以及主要中间物种如CH_2O、C_2H_2、C_2H_4、CH_3OH、C_2H_2O、C_2H_4O、CH_3、CH_4、HCO、C_3H_3和C_3H_4的摩尔分数曲线,并分析了主要中间物种的产生和消耗过程。     

基于第一性原理计算H_2S、CO_2、CH_4在Fe-MoS_2上的吸附性能

在高含硫气藏开发中,伴随着CH_4的采出,H_2S和CO_2也不可避免的被采出.这两种气体会产生管道腐蚀和气体中毒等诸多不利影响.为了解决这一现实需要,从研究较为广泛的MoS_2材料入手,考虑了其掺杂结构中的吸附性能的变化,相关计算原理基于密度泛函数理论.主要计算了一种吸附式掺杂过渡金属原子Fe在MoS_2上的结构,同时也计算了H_2S,CO_2,CH_4气体在其表面的吸附能,电荷转移,电子密度差等相关参数.结果表明,CH_4对这种材料表现出不敏感的特性,而CO_2、H_2S均表现出吸附的性质,预测这种材料可能作为一种可使用的吸附材料,或是开发作为一种新型的气体预警材料.     

大气压甲烷针-板放电等离子体中粒子密度和反应路径的数值模拟

甲烷针-板放电与重油加氢耦合形成甲烷转化重油加氢,可实现重油高效加氢并增产高附加值低碳烯烃,有实践应用前景和科学研究意义.建立二维流体模型,对大气压甲烷针-板放电等离子体进行数值模拟,得到电场强度、电子温度和粒子密度的空间与轴向分布,总结反应产额并提炼生成各种带电和中性粒子的关键路径.模拟结果表明,CH_3~+和CH_4~+密度与电场强度和电子温度的轴向演化接近且密切相关;CH_5~+和C_2H_5~+密度沿轴向先增大后减小;CH_3与H密度的空间和轴向分布几乎相同;CH_2,C_2H_4与C_2H_5的粒子密度分布在靠近阴极的区域内明显不同而在正柱区内较为相像;电子与CH_4发生电子碰撞电离生成的CH_3~+和CH_4~+,CH_3~+和CH_4~+分别与CH_4发生分子碰撞解离生成C_2H_5~+和CH_5~+;电子与CH_4间的电子碰撞分解是生成CH_3,CH_2,CH和H的主导反应;CH_2与CH_4和电子与C_2H_4发生的反应分别是生成C_2H_4和C_2H_2的关键路径;电子与CH_4间的电子碰撞分解反应和CH_2与CH_4发生的反应的产额各占H_2总产额的52.15%和47.85%.     

C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面吸附的DFT研究

采用密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,对物种C_2H_x(x=4～6)在Ni(111)表面的top,fcc,hcp和bridge位的吸附模型进行了结构优化、能量计算,得到了各物种较有利的吸附位;并对最佳吸附位进行密立根电荷和总态密度分析.结果表明:C_2H_6和C_2H_4在Ni(111)表面的最稳定吸附位都是top位,吸附能分别是-36.41和-48.62 kJ·mol~(-1),物种与金属表面吸附较弱;而C_2H_5在Ni(111)表面的最稳定吸附位hcp的吸附能是-100.21 kJ·mol~(-1),物种与金属表面较强;三物种与金属表面之间都有电荷转移,属于化学吸附.     

H_2O对沸石咪唑酯骨架材料CO_2捕获性能的影响研究

沸石咪唑酯骨架(ZIFs)材料是一种新型的温室气体CO_2吸附材料。本文采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟的方法研究了H_2O对ZIF-8及ZIF-90的CO_2吸附性能和CO_2/N_2分离性能的影响。研究结果表明,ZIF-90的CO_2吸附及CO_2/N_2分离性能要强于ZIF-8。在ZIF-8中,H_2O的存在对该材料的CO_2吸附性能和CO_2/N_2选择性分离性能几乎没有影响。H_2O对CO_2在ZIF-90中的吸附具有协同吸附作用,H_2O的存在对材料吸附CO_2及分离CO_2/N_2具有明显的促进作用。     

2-甲基-2-丙烯-1-醇的光电离解离研究（英文）

利用可调谐真空紫外同步辐射和分子束实验装置在8.0～15.5 eV的光子能量范围内,研究2-甲基-2-内烯-1-醇的光电离解离.测出母体离子和碎片离子:C_4H_8O~+、C_4H_7O~+、C_3H_5O~+、C_4H_7~+、C_4H_6~+、C_4H_5~+、C_2H_4O~+、C_2H_3O~+、C_3H_6~+、C_3H_5~+、C_3H_3~+、CH_3O~+和CHO~+的光电离效率曲线,并获得母体分子的电离能和碎片离子的实验出现势.在B3LYP/6-31+G(d,p)理论水平上,计算光电离过程中母体分子、过渡态和中间体的稳定结构.采用CCSD(T)/cc-pVTZ耦合簇方法计算零点能,得到母体电离能和碎片离子的出现势.通过实验和理论研究,提出2-甲基-2-丙烯-1-醇的光解离路径,分子内氢转移是其中大部分解离途径中的主要过程.     

2-甲基-2-丙烯-1-醇的光电离解离研究

利用可调谐真空紫外同步辐射和分子束实验装置在8.0～15.5 eV的光子能量范围内,研究2-甲基-2-内烯-1-醇的光电离解离.测出母体离子和碎片离子:C_4H_8O~+、C_4H_7O~+、C_3H_5O~+、C_4H_7~+、C_4H_6~+、C_4H_5~+、C_2H_4O~+、C_2H_3O~+、C_3H_6~+、C_3H_5~+、C_3H_3~+、CH_3O~+和CHO~+的光电离效率曲线,并获得母体分子的电离能和碎片离子的实验出现势.在B3LYP/6-31+G(d,p)理论水平上,计算光电离过程中母体分子、过渡态和中间体的稳定结构.采用CCSD(T)/cc-pVTZ耦合簇方法计算零点能,得到母体电离能和碎片离子的出现势.通过实验和理论研究,提出2-甲基-2-丙烯-1-醇的光解离路径,分子内氢转移是其中大部分解离途径中的主要过程.     

人工金刚石薄膜生长过程中有关反应活性的研究

用原子簇团模拟人工金刚石膜生长过程中的一些生长核,采用从头自治的DV-X_n方法对这些簇团和与生长过程有关的一些气相分子和基团(CH,CH_2,CH_3,·CH_3,CH_4·H,C_2H,C_2H_2,C_2H_4)进行了电子结构计算,从化学反应活性的角度探讨金刚石膜生长过程中这些气相分子和基团与生长核的反应活性,结果表明,CH,CH_2,CH_3,CH_4·H和变形的C_2H_2更易于与金刚石表面发生化学吸附。另外,通过分析簇团的电子态密度和前线分子轨道的组成情况,提出了人工金刚石膜生长中生长核长大的 关键词：     

碰撞诱导离解(CID)(Ⅱ) I_2(B~3∏_(o+u))在高振动态(v''''=62)的碰撞猝灭机理实验研究

本文研究了B~5∏_(o+u)激发态I_2分子在高振动态v=62时的碰撞猝灭过程。实验中得到了该能级I_2分子和其自身以及与其他气体分子(He,Ar,Kr,H_2,CO,N_2,O_2,CH_4,NH_3,C_2H_6,CCl_4)的碰撞猝灭速率常数,并且发现,在I_2与NH_3的碰撞过程中非稳态中间体的形成可能是碰撞猝灭的主要途径之一。极性分子CO与I_2碰撞的猝灭效率较非极性分子(如与之等电子的N_2)大,表明分子间偶极-诱导偶极相互作用对促进分子反应起着不可忽视的作用。更为重要的是,文献[2]中提出的分子碰撞诱导离解(CID)理论能较圆满地模拟实验结果,说明在此高振动能态,分子碰撞直接离解是猝灭过程的主要途径。     

多原子分子的激光光电流效应和光谱

本文报导用CO_2选频激光器对CH_3Cl、CH_3OH、C_2H_5OH、C_2H_3Cl、C_2H_4、NH_3六种分子的光电流效应和光谱所做的研究.发现它们有很强的光电流效应.研究了放电管的V-I特性曲线和放电弛豫在光电流效应中的作用:初步讨论了这种效应的机构.实验结果还表明,红外区的激光光电流光谱术可以作为一种高分辨率光谱分析手段.     

Fe,Co,Ni掺杂石墨烯表面吸附C_2H_4的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA),本文对本征石墨烯以及掺杂Fe,Co,Ni石墨烯的几何结构和电子性质进行了优化计算,并计算了C_2H_4在本征石墨烯以及掺杂石墨烯表面的吸附过程,讨论了体系的吸附能、稳定性、DOS及掺杂对键长的影响.结果表明C_2H_4在本征石墨烯B位的吸附和掺杂石墨烯的吸附为化学吸附,在本征石墨烯T和H位的吸附为物理吸附;掺杂后石墨烯的比表面积增大,与本征石墨烯相比,掺杂使费米能级附近的态密度积分显著提高,表明掺杂石墨烯的电导性会发生变化,从而影响对C_2H_4的气敏度..C_2H_4在Fe、Co、Ni分别掺石墨烯的最佳吸附位为T位、H位和B位;掺杂Fe,Ni后体系的吸附能力显著提高,且掺杂Ni时体系的吸附能力最好.     

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N_2、NH_3、NO、CO等分子和CH_3、CH、CH_2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附.从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N_2NH_3COCH_3NOHOHNCH2OSCHC.原子类吸附物中H、N、O的最稳定吸附位均为桥位,而S、C则倾向于四重空位.所研究的分子吸附物(N_2、NH3、CO、NO),N_2和NH_3有且只有一种顶位吸附结构,CO和NO均优先吸附在空位.自由基吸附物(CH、CH_2、CH_3、OH)在Pt(100)表面上的吸附,CH_3优先吸附在顶位,CH_2、OH它们的最稳定吸附位均为桥位.原子、分子和自由基吸附后,会引起Pt(100)原子层间距的改变.     

沸石分子筛对CH_4/H_2的吸附与分离性能

基于分子模拟的高通量计算方法,通过对199个沸石结构特征和吸附分离性能之间的关联性研究,发现具有超微孔结构的沸石材料对CH_4分子有良好的吸附分离性能,等摩尔CH_4/H_2混合组份的CH_4吸附选择性和单组份的CH_4吸附量之间存在明显的线性关系.通过使用巨正则蒙特卡罗模拟方法,获得了 3个孔道形沸石对CH_4和H_2的吸附等温线和等量吸附热等物理量.结果表明在相同外界环境下,孔道形沸石的孔结构(表面积和孔体积)对CH_4吸附量的影响高于能量效应(吸附热).结合甲烷蒸汽重整制氢的工业背景,进一步研究了 CH_4/H_2混合体系在不同组份下的分离选择性能,结果表明,超微孔沸石材料对CH_4的吸附选择性与体相压力和进料比无关.通过气体分子的质心分布密度发现,CH_4在孔道形沸石中优先占据更小孔窗的空间,而H_2的分布范围更大但是未存在明显的优先吸附位点.     

环戊酮光电离解离的实验和理论研究（英文）

本文介绍了真空紫外光电离质谱结合理论计算研究环戊酮单分子的光电离解离过程,在9.0～15.5 eV能量范围内,测量了环戊酮离子及其碎片离子的光电离效率曲线.通过光电离效率曲线,将环戊酮分子的电离能确定为9.23±0.03eV,并确认碎片离子为:C_5H_7O~+,C_4H_5O~+,C_4H_8~+,C_3H_3O~+,C_4H_6~+,C_2H_4O~+,C_3H_6~+, C_3H_5~+,C_3H_4~+, C_3H_3~+, C_2H_5~+,C_2H-4~+.利用量子化学计算方法,在ωB97X-D/6-31+G(d,p)理论水平基础上,提出了C_5H_8O~+的解离机制.通过对环戊酮解离路径的分析,发现开环和氢迁移过程为环戊酮离子解离的主要路径.