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MOF书籍示例第二章(进阶)

第二章:MOF 吸附与模拟

本章为MOF简介进阶章节,显示更多可以使用的功能和交互式代码

2.1 吸附等温线基础

MOF 在气体储存、分离等应用中,吸附等温线是非常重要的表征手段。

典型的 Langmuir 等温线可写为:

q(P)=qmaxbP1+bPq(P) = q_{\max} \frac{b P}{1 + b P}

其中:


2.2 MOF 吸附等温线可视化

不同的MOF拥有不同的吸附性能,比如第一章的1.2 典型结构示意与晶胞中示例的MOF结构。

下面示例展示不同 MOF 材料的吸附等温线特性。我们使用 Langmuir 模型来模拟典型的 MOF 吸附行为。

<Figure size 1000x600 with 1 Axes>
<Figure size 800x600 with 1 Axes>

2.3 MOF 孔道中气体分子的扩散模拟

下面展示一个静态可视化示例,模拟气体分子在 MOF 孔道中的分布和扩散行为。我们使用随机游走模型来模拟分子在不同时间步的分布。

<Figure size 1400x600 with 2 Axes>
<Figure size 1200x1200 with 8 Axes>

2.4 MOF 孔道中气体分子的行为定义

2.4.1 不同分子行为定义

吸附
解吸
扩散

吸附(adsorption)是气体或液体分子被「吸附到」固体表面或孔道中的过程。

2.4.2 模拟吸附过程简介

GCMC 方法简介

GCMC 是模拟吸附过程的常用方法之一。
在给定温度 TT、化学势 μ\mu(或压力 PP)条件下,体系粒子数 NN 可以波动。
通常用于模拟 MOF 对气体的吸附等温线。


2.5 简易 GCMC 模拟

下面使用 Altair 实现一个可交互的 GCMC(大正则蒙特卡洛)模拟 MOF 吸附过程的可视化。你可以拖动化学势 μ\mu 的滑块,实时观察气体分子数均值的演化与分布。

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你可以拖动「μ\mu(化学势)」滑块,在不同 μ\mu(代表不同气体压力/浓度)下动态地观察:

本交互式可视化便于科研人员或学生直观理解和探索 MOF 吸附过程以及 GCMC 思路。