外部刺激例如電場的應用，可以促進氣體分離。采用分子動力學(MD)模擬方法分析了動態電場促進H
2O/O
2氣體分子在雙層納米多孔氧化石墨烯膜上的分離過程。計算結果表明，H
2O分子在外電場為10
-4 V·Å
-1的情況下，氣體滲透率提高到3.26 x 10
3 mol·m
-2·s
-1，與O2分子相比，選擇性提高了1.44，在沒有外加電場的情況下為0.33。O
2分子的分離性提高到1.44，其在無外電場時為0.33。通過研究電場強度對相互作用能的影響，闡明了促進H
2O/O
2分離的機理。電場抑制了H
2O分子和H
2O膜之間的氫鍵相互作用。在電場作用下加速解吸會使膜上有更多的吸附位點，從而促進H
2O分子的滲透。
圖1. (a) C
8O
2(OH)
2重復單元、(b)納米多孔GO的正視圖、(c)氧化官能團分布的側面圖、和(d)錯位孔隙的2NPGO的分子構型(黃色：H原子，紅色：-OH中的O原子，藍色：O = O中的O原子，灰色：C原子)。
圖2. 模擬系統盒子中含有H
2O和O
2分子的混合物。
圖3.無電場時(左a-d)和電場為10
-4 V·Å
-1時(右e-h)混合氣體滲入2NPGO的快照。
圖4.無電場時(虛線)和電場為10
-4 V·Å
-1時(實線)H
2O/O
2的濃度分布。
圖5. H
2O(左)和O
2(右)分子在不同電場下的均方位移（MSD）。
圖6. 不同電場強度下H
2O和O
2的擴散系數變化規律。
圖7. 外加電場為10
-4 V·Å
-1時，吸附層(左)和滲透側(右)的氣體分子數量的時間演變。
圖8. 不同電場時氣體分子的滲透速率和H
2O/O
2的分離因子。
圖9. H
2O/O
2分子與膜之間的相互作用勢與電場強度的關系。
圖10. H
2O分子滲透2NGPO膜。
相關研究成果由東南大學能源與環境學院Muxing Zhang等人于2022年發表在Journal of Molecular Liquids (https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.118634)上。原文：Molecular dynamics study on electric field-facilitated separation of H
2O/ O
2 through nanoporous graphene oxide membrane。
轉自《石墨烯研究》公眾號
