脊谱积分法及其在基于石墨烯膜的气体分离中的应用
摘要
Eyring 理论提供了对化学反应速率的便利近似，该理论仅使用在给定势能面临 extremal 点附近求取的局部信息。然而，在显著无谐性和尤其是低能级振动频率的情况下，与正确反应速率的偏差可能变得相当大。相较之下，分子动力学模拟在更高的理论水平上代价高昂，且由于分子反应是罕见事件，从统计上更难以获取。本文提出了一种用于气体分离和储存的问题描述方法，针对的是类二维材料，如孔状石墨烯或平面金属有机框架。我们利用典型问题设置的几何优势，基于统计分析分子轨迹 near 称为“脊谱”（ridge）的区域，该区域将反应体积分为反应物和产物两侧。这允许更真实地预测渗透性和选择性，例如从密度泛函理论中推导，但无需在相应的 Born-Oppenheimer势能面上进行完整的分子动力学模拟。我们以甲烷从氮和二氧化碳通过石墨烯膜分离为例，对该方法进行测试。
引用
@article{arxiv.2502.06654,
title = {The Ridge Integration Method and its Application to Molecular Sieving, Demonstrated for Gas Purification via Graphdiyne Membranes},
author = {Christian W. Binder and Johannes K. Krondorfer and Andreas W. Hauser},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.06654},
year = {2025}
}
备注
This is the pre-accepted version of the article published in Molecular Systems Design & Engineering. The final version is available at DOI: 10.1039/D2ME00120A. (c) 2022 The Royal Society of Chemistry. / Supplementary Information (ESI) available: [preliminary python code for ridge integration]. See the following GitHub repository: https://github.com/hauser-group/ridge_integrator