H2O/CO2/CH4与煤表面含氧官能团相互作用密度泛函理论研究OA
Density functional theory study of interaction between H2O/CO2/CH4 and oxygen-containing functional groups on coal surface
运用量子化学密度泛函理论(DFT)模拟方法,从微观角度模拟了煤矿中 3 种常见分子(H2O、CO2、CH4)在煤表面 4 种常见含氧官能团上的吸附机理.研究了吸附质分子以及煤中各含氧官能团的静电势,H2O、CO2、CH4 与含氧官能团的吸附距离和吸附能以及吸附前后的Mulliken电荷转移量.结果表明:各含氧官能团最大正静电势的大小顺序为-COOH>-OH>-C=O>-OCH3;最大负静电势的大小顺序为-OH>-OCH3>-COOH>-C=O.吸附质分子最大正负静电势的大小顺序均为H2O>CO2>CH4.吸附能计算结果表明 3 种分子的吸附强度存在H2O>CO2>CH4 的关系,H2O在各含氧官能团上的吸附强度顺序为-COOH>-OCH3>-OH>-C=O,CO2 和CH4 吸附强度顺序为-OCH3>-COOH>-OH>-C=O.Mulliken电荷分析表明,含氧官能团中的氧原子易得电子,吸附质电子转移量越大,吸附越稳定,吸附稳定性顺序为H2O>CO2>CH4.
Using quantum chemical Density Functional Theory(DFT)simulations,the adsorption mechanisms of three common molecular species in coal mines(H2O,CO2,and CH4)onto four prevalent oxygen-containing functional groups on coal surfaces were investigated from a microscopic perspective.The electrostatic potentials of the adsorbate molecules and the functional groups were evaluated,along with the adsorption distances,adsorption energies,and Mulliken charge transfer before and after adsorption.The results indicate that the order of maximum positive electrostatic potential for the functional groups is:-COOH>-OH>-C=O>-OCH3.The order of maximum negative electrostatic potential is:-OH>-OCH3>-COOH>-C=O.For the adsorbate molecules,the order of both maximum positive and negative electrostatic potentials is H2O>CO2>CH4.Adsorption energy calculations reveal that the adsorption strength of the three molecules follows the trend H2O>CO2>CH4.Specifically,the adsorp-tion strength of H2O on the various functional groups follows the order-COOH>-OCH3>-OH>-C=O,whereas the adsorption strengths of CO2 and CH4 follow the order-OCH3>-COOH>-OH>-C=O.Mulliken charge analysis demonstrates that oxygen atoms in the functional groups readily accept electrons.A greater amount of electron transfer from the adsorbate correlates with a more stable adsorption configuration.The stability order of adsorption is confirmed as H2O>CO2>CH4.
李兵;张越;杨达林;郑司建;胡洪清;田钰琛;张贺龙;徐标;芮成奇;张国鑫;苏升
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能源科技
含氧官能团密度泛函理论吸附能静电势吸附质
oxygen-containing functional groupsdensity functional theoryadsorption energyelectrostatic potentialadsorbates
《石油科学通报》 2026 (2)
605-613,9
国家重点研发计划项目(2024YFB4106300)与江苏省自然科学基金资助项目(BK20230184)资助
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