有机配体结构对ZIFs材料结晶度及其CO_(2)吸附性能的影响机制

作     者：刘晗翀 吴梦雅 吴礼光 王挺 LIU Hanchong;WU Mengya;WU Liguang;WANG Ting

作者机构：浙江工商大学环境科学与工程学院杭州310012 

出 版 物：《环境科学学报》 (Acta Scientiae Circumstantiae)

年 卷 期：2024年第44卷第8期

页      面：110-121页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.22078291) 浙江工商大学“数字+”学科建设管理项目(No.SZJ2022B014) 

主　　题：反相微乳液 ZIF-8 结晶度 CO_(2)吸附 分子动力学模拟 

摘      要：沸石咪唑酯框架(ZIFs)被认为是一种用于高效CO_(2)捕获的多孔晶体材料,其晶体结构是影响CO_(2)吸附性能的关键因素之一.本文分别选用2-甲基咪唑、2-乙基咪唑和3-氨基-1,2,4-三唑作为有机配体,通过反相微乳液制备了ZIFs材料用于CO_(2)的捕获.结合ZIFs材料结构表征、气体吸附、巨正则蒙特卡洛(GCMC)以及分子动力学(MD)模拟,研究了有机配体对ZIFs的结晶度、孔结构和CO_(2)吸附性能的影响.结果表明:采用2-甲基咪唑合成的ZIF-8-M与2-乙基咪唑合成的ZIF-8-N,两者除了结晶度外其它结构差异并不十分显著,但ZIF-8-M材料CO_(2)吸附容量较高,可达0.69 mmol·g^(-1);ZIF-8-N结晶度、比表面积和孔隙率较小,CO_(2)吸附容量也较低,仅为0.29 mmol·g^(-1).提高合成温度,ZIF-8-M和ZIF-8-N结晶度均明显增大,CO_(2)吸附容量也显著提高,这可能是由于高结晶度的ZIFs更有利于氢键的形成和π-π堆积作用的发生.当温度从30℃升高到60℃时,ZIF-8-M的CO_(2)吸附容量提高了2.2倍,ZIF-8-N的CO_(2)吸附容量增大了4.9倍.此外,GCMC和MD模拟结果表明:随着晶体结构无序化程度的增加,ZIF-8-M对CO_(2)分子的吸附能由-52.5 kcal·mol^(-1)增大至511.0 kcal·mol^(-1),吸附能力下降,吸附的CO_(2)分子个数明显下降.再次验证了结晶度是影响ZIFs材料吸附CO_(2)性能的关键结构参数.