《表3 SF6和N2的力场参数》

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《水热稳定金属-有机骨架材料用于高效分离SF_6/N_2混合物的研究》

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注：SF6:N2=10:90；T=298 K；p=1.0 bar。

为了研究材料对SF6/N2混合物的分离机理，首先采用分子模拟方法对吸附等温线进行了计算。如图9所示，模拟得到的SF6和N2吸附等温线与实验数据吻合较好，表明所选用力场参数的合理性（表3）。计算得出SF6和N2的无限稀释吸附热分别为54.3 kJ/mol和18.2 kJ/mol，和实验中的无限吸附热基本吻合（表2）。基于量子力学的结构优化结果（图10）表明，SF6分子的F原子与亲水性孔中的不饱和金属和与疏水性孔中甲氧基的H原子之间的距离分别为3.347～3.772?（1?=0.1 nm）和2.998～3.218?，明显短于N2分子的情况（约4.668～4.722?和4.261～4.396?）。SF6分子上的三个F原子可与不饱和金属位以及疏水孔中氧甲基上H原子分别形成多点范德华作用[46]，强化了与骨架之间的相互作用力，在亲水性和疏水性孔内的结合能分别为27.3kJ/mol和36.4 kJ/mol，高于N2(13.1 kJ/mol和13.7 kJ/mol）。相比之下，N2与亲水性孔的不饱和金属位距离远，作用力弱，并且疏水性孔中的-OMe基团与N2分子的作用力也相对较弱[47-48]。这些理论计算反映出：Cu-MOF-OMe材料对SF6/N2的良好分离性能，主要归因于材料亲水性孔道中的不饱和金属位和疏水性孔道中丰富的甲氧基对SF6分子的强协同作用。