Hydrogen purification performance of a nanoporous hexagonal boron nitride membrane: molecular dynamics and first-principle simulations

文献情報

出版日 2017-04-11
DOI 10.1039/C7CP01665D
インパクトファクター 3.676
著者

Masoud Darvish Ganji, Razieh Dodangeh


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要旨

Membranes have attracted much attention for the efficient separation of gas mixtures, due to their specific structural and unique properties. In this work, density functional theory (DFT) and molecular dynamic (MD) simulations have been employed to evaluate the performance of nanoporous hexagonal boron nitride (h-BN) monolayers for hydrogen purification. Various porous membranes were designed, and full structural relaxation was carried out by using DFT calculations and then MD simulations to investigate the H2 purification performance of the nanoporous h-BN membranes. It was found that the selectivity for H2 gas over N2 gas was highly sensitive to the type and width of the pores. The h-BN membrane containing pores with short and long sides both of about 3 Å (pore 1B-3N) demonstrated optimal selectivity for H2 molecules, while the permeability of the pore 5B-5N + 4H membrane (short side of about 4.4 Å) was much higher than that of other counterparts. Furthermore, DFT calculations were performed to validate the MD simulation observations as well as to explain the selectivity performance of the most desirable pore membrane. We demonstrated that the 1B-3N pore is a far superior membrane to other counterparts and exhibits an excellent potential for applications in hydrogen purification, clean energy combustion, and the design of novel membranes for gas separation.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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