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卡塔爾德克薩斯農工大學Ioannis G. Economou課題組--石墨烯介孔n-正二十八烷-水混合物的分子動力學模擬:原子計算和粗粒度計算的比較以及催化劑納米顆粒的影響
       Fischer-Tropsch合成 (FTS) 廣泛用于氣轉液 (GTL) 工藝,以從合成氣生產清潔、高質量的低排放運輸燃料。為了通過考慮親水性或疏水性特征和催化劑納米顆粒 (NPs) 的限制效應,更好地了解反應條件下生成的蠟水混合物的相行為,需要仔細檢查加入粗顆粒的有效性。本研究的重點是通過原子 (AA) 和粗粒 (CG) 分子動力學 (MD; CGMD) 模擬石墨烯 (G) 和氧化石墨烯 (GO) 中的正二十八烷 (n-C28)-水混合物中孔在低溫FTS條件 (473.15 K) 下包含Co NP。選擇石墨烯衍生物是因為它們是FTS反應中新興的催化劑載體材料,可以直接比較AA和CG方法。我們還評估了在n-C28-H2O混合物相行為中是否存在7 wt.%的長鏈醇,例如dodecan-1-ol。AA模擬涉及對n-C28和醇類使用聯合原子TraPPE (TraPPE-UA) 力場,對水使用 TIP4P/2005 力場,而MARTINI力場用于CG描述。對于G孔內部的混合物,AA和CG模擬方法都捕獲了混合物的相分離,水分子占據了孔的中心,n-C28形成層位于孔壁;在GO內部,兩種方法都表明水在表面附近分離,模型蠟位于孔隙中心。AA和CG模擬都準確地捕獲了n-C28和H2O擴散率分別作為距G和GO孔中心距離的函數,越靠近孔表面越低。Dodecan-1-ol主要位于n-C28-H2O界面,由于范德華分子間相互作用增加,對蠟有更高的偏好,略微降低了水的流動性。AA和CG MD模擬之間的一致性為使用Co的DFT派生參數進行新型CGMD模擬鋪平了道路,以研究其存在時的n-C28-H2O行為。我們的結果表明Co NP不影響孔內n-C28-H2O混合物的相分離;然而,如此高濃度的水廣泛地覆蓋了Co NP表面。鑒于在此規模上探索相關機制的實驗困難,我們的結果表明,使用MARTINI力場的CGMD可用于研究此級別的FTS相關過程,并有望在與相關的受限混合物的研究中開辟新途徑。在負載型催化劑NP存在下的FTS反應。
 
  
Figure 1. 分別使用AA(a,c)和CG(b,d)方法,G(灰色)和GO(青色)孔中n-C28-H2O混合物的初始(i)和平衡結構(ii)。
 
  
Figure 2. 使用 (a) AA 和 (b) CG 描述的bulk n-C28-H2O 混合物的質量密度分布。使用 (c) AA 和 (d) CG 模擬添加十二醇的bulk n-C28-H2O 混合物的部分密度分布。
 
 
Figure 3. 在473 K和3.4 MPa下,純bulk n-C28、n-C28-H2O和nC28-H2O-C12H25OH體相混合物中,(a,b) Ree的AA和CG n-C28概率分布,以及(c,d)端到端和z軸矢量之間形成的傾斜角θ
 
 
Figure 4. G和GO孔中,(a和b) Ree的AA和CG n-C28概率分布,以及(c和d)端到端和孔表面法向量之間形成的傾斜角θ。bulk n-C28-H2O混合物的結果以供比較。
 
        相關研究成果于2021年由卡塔爾德克薩斯農工大學Ioannis G. Economou課題組,發表在Energy Fuels(https://dx.doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c04151)上。原文:Molecular Dynamics Simulation of the n?Octacosane−Water Mixture Confined in Graphene Mesopores: Comparison of Atomistic and Coarse-Grained Calculations and the Effect of Catalyst Nanoparticle。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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