固体表面能量分布不均匀性对于CDFT表征多孔材料孔径分布的影响机制
批准号:
22108092
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
朱子文
依托单位:
学科分类:
化工热力学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱子文
中文摘要
经典密度泛函理论(CDFT)在气体吸附表征多孔材料孔径分布(PSD)领域的前沿研究热点和有效的解决方案。但现有的技术仍有描述受限流体的CDFT过剩自由能泛函展开不准确以及多孔材料表面能量假设模型过于简略的局限,对PSD表征结果准确性影响很大。针对CDFT过剩自由能的问题,本项目提出采用深度学习方法用以描述过剩自由能的卷积神经网络的研究方法。完善CDFT过剩自由能展开后,针对孔材料表面能量假设不准确的问题,提出了二维表面能量分布模型用以研究界面间二元混合流体的热力学平衡研究。探索二维模型参数对于吸附等温线的预测结果的影响关系,阐明多孔材料的微观几何结构对于描述表面能量分布不均匀的影响机制,揭示表面能量分布不均匀假设描述气固界面间二元混合流体的热力学平衡规律。研究成果可为表征材料结构科学、微观下受限流体热力学提供与深度学习相结合的新思路。
英文摘要
Classical density functional theory (CDFT) is an advanced research and effective solution for gas adsorption characterization of pore size distribution (PSD) in porous materials. However, there are still limitations in describing the CDFT excess free energy functional expansion of confined fluids and the limitation of the surface energetical heterogeneity for porous materials, which has great influence on the accuracy of their PSD. To solve the problem of excess free energy of CDFT, this project proposes a deep learning method to study convolution neural network describing excess free energy. After the CDFT excess free energy is expanded, a two-dimensional surface energy distribution model is proposed to study the thermodynamic balance of binary mixtures between interfaces in order to improve the surface energetical heterogeneity of porous materials. The influence of 2-dimensional model parameters on the prediction results of adsorption isotherms is explored. The influence mechanism of the microscopic structure of porous materials on describing surface energetical heterogeneity is elucidated, and the thermodynamic equilibrium law of the two component mixture between gas and solid interfaces is described by revealing the surface energetical heterogeneity. The research results can provide a new idea, which is the technology by deep learning, to investigate the characterization of material structure science, thermodynamics of microscopic confined fluid.
探索固体表面能量分布不均匀性对于简单气体吸附表征多孔材料的孔径分布(PSD)影响机制,为表征材料科学提供指导,具有理论意义和应用价值。其关键在于构建用以描述经典密度泛函(CDFT)过剩自由能的卷积神经网络,以及厘清多孔材料的微观几何结构以及粗糙晶体表面密度分布对于描述表面能量分布不均匀的影响规律。首先,构建了深度学习确定CDFT中过剩自由能的泛函展开项的方法;其次,探索了几何形状(狭缝孔或圆柱孔)、表面能量分布不均匀模型(1维或2维)、以及吸附质分子(氮、氩以及水蒸气)等不同因素对于表征多孔材料的影响机制,研究了多孔材料的微观几何结构以及粗糙晶体表面密度分布对于描述固体表面能量不均匀的影响规律。成果已以4篇学术论文发表在International Journal of Hydrogen Energy、Processes等期刊杂志上,其中SCI检索文章3篇。授权国家发明专利1项。本项目的研究成果将有效地推动固体表面能量分布模型在气体吸附表征多孔材料的PSD算法开发和应用。
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