Ca-Embedded C2N: an efficient adsorbent for CO2 capture

文献情報

出版日 2017-10-02
DOI 10.1039/C7CP05325H
インパクトファクター 3.676
著者

Yuzhen Liu, Zhaoshun Meng, Xiaojian Guo, Genjian Xu, Dewei Rao, Yuhui Wang, Kaiming Deng, Ruifeng Lu


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要旨

Carbon dioxide as a greenhouse gas causes severe impacts on the environment, whereas it is also a necessary chemical feedstock that can be converted into carbon-based fuels via electrochemical reduction. To efficiently and reversibly capture CO2, it is important to find novel materials for a good balance between adsorption and desorption. In this study, we performed first-principles calculations and grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations, to systematically study metal-embedded carbon nitride (C2N) nanosheets for CO2 capture. Our first-principles results indicated that Ca atoms can be uniformly trapped in the cavity center of C2N structure, while the transition metals (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co) are favorably embedded in the sites off the center of the cavity. The determined maximum number of CO2 molecules with strong physisorption showed that Ca-embedded C2N monolayer is the most promising CO2 adsorbent among all considered metal-embedded materials. Moreover, GCMC simulations revealed that at room temperature the gravimetric density for CO2 adsorbed on Ca-embedded C2N reached 50 wt% at 30 bar and 23 wt% at 1 bar, higher than other layered materials, thus providing a satisfactory system for the CO2 capture and utilization.

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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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