Использование теории функционала плотности для характеризации пористых
материалов

Геннадий Гор (ggor@rci.rutgers.edu), Александр Неймарк
(aneimark@rci.rutgers.edu)

Dept. of Chemical and Biochemical Engineering, Rutgers University

Физическая адсорбция используется для характеризации пористых веществ на
протяжении многих десятилетий. Экспериментальные адсорбционные изотермы
отражают информацию о поверхности пористого образца, структуре пор,
распределения пор по размерам и т.д. В последние годы методы нахождения
распределения пор по размерам получили заметное развитие благодаря двум
обстоятельствам. Первое - синтез новых материалов - мезопористых
силикатных матриц, имеющих упорядоченную структуру. Второе - появление
новых подходов к моделированию адсорбции, основанных на методе Монте-Карло
и теории функционала плотности.

В докладе представлен краткий обзор метода функционала плотности "с
замороженной твёрдой фазой" (quenched solid density functional theory -
QSDFT [Ravikovitch P.I., Neimark A.V. Langmuir 2006 22 (26) 11171]). Этот
подход учитывает шероховатость поверхности твёрдого адсорбента, что
адекватно отражает свойства реальных пористых материалов. QSDFT
представляет собой двухкомпонентую теорию, т.е. в её рамках
рассматривается как плотность жидкого, так и твёрдого компонента.
Свободная энергия взаимодействия жидкость-твёрдое рассматриваются в виде
двух вкладов: отталкивание (в приближении твёрдых сфер) и притяжение (в
приближении среднего поля). Первый из вкладов вычисляется в рамках
многокомпонентной FMT (fundamental measure theory). "Замороженное"
состояние твёрдого фазы - т.е. фиксированная плотность твёрдого при
вариации даёт существенное упрощение вычислительной процедуры.
Предложенная теория проиллюстрирована на примерах мезопористых силикатных
матрицы и мезопористых углеродов с упорядоченной структурой.