Классический метод функционала плотности и его применение к адсорбционным слоям с различной геометрией

МФП является, на наш взгляд, одним из наиболее перспективных методов изучения структурных и, как следствие, физических свойств жидкостей и твердых тел. Данный метод применяется для изучения вещества, как на микроскопическом, так и на мезоскопическом уровнях.

расчетов. Использование более простых моделей (например, модели «желе») и более грубых приближений позволяет изучать распределение электронной плотности в граничных слоях, например в граничных слоях металлов [40]. Суть МФП сводится к ответу на вопрос: существует ли в принципе полное и точное описание основного состояния системы в терминах ее плотности p(r). Теория МФП дает на этот вопрос положительный ответ. Некоторые основные варианты МФП будут подробно рассмотрены во второй главе.

Классический МФП позволяет рассчитать структурные и термодинамические свойства флюидов на поверхностях с различной геометрией. Интерес к подобным задачам связан с изучением как фундаментальной картины поведения флюидов различной природы на естественных поверхностях и в порах со сложной геометрией, так и, с практической точки зрения, с хранением водородного топлива и задачей селективной адсорбции.

В последние годы надежды на увеличение адсорбируемости водорода связывают с использованием углеродных одностенных нанотрубок (ОСНТ) [41], углеродных нановолокон и фуллеренов [41,42].

Вместе с тем, технологии синтеза углеродных микропористых адсорбентов разнообразны и хорошо разработаны, что позволяет существенно менять их пористую структуру и химическое состояние поверхности [46]. Образование микропористой системы пор в углеродном адсорбенте может идти не только по

механизму образования щелевидных пор. Исходные углеродсодержащие материалы, например древесина, природные ископаемые угли, торф, полимерные материалы, карбиды металлов и неорганических материалов и т.д. обычно имеют различный химический состав, молекулярную и кристаллическую структуру. В результате термохимического процесса синтеза из этих материалов может образовываться высокоразвитая углеродная микропористая матрица с большим объемом пор и специфичными центрами адсорбции водорода.

Работы, связанные с применением некоторых ранних теорий [47] (обобщенная теория Ван-дер-Ваальса, модели П. Таразоны, ББГКИ) были одними из первых, с помощью которых в том или ином приближении качественно можно было рассмотреть распределение адсорбата в узких порах. Адсорбционные явления в мезопорах^[I] могут быть изучены и с помощью решеточных моделей [48,49], в рамках которых возможно исследование распределения микропор в объеме адсорбента, а также динамики адсорбции.

Изучение равновесных состояний простых и сложных флюидов на искривленных поверхностях представляет интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. В одной из наиболее ранних работ [63], связанных с применением классического МФП к межфазным поверхностям с криволинейной геометрией, в рамках приближения с весовыми множителями, предложенного П. Таразоной, была рассмотрена зависимость поверхностного натяжения простого леннард-джонсовского флюида в точке контакта со сферической частицей от ее радиуса кривизны. Потенциал частицы моделировался потенциалом жесткой сферы. Было показано, что при малых радиусах кривизны асимптотические

разложения поверхностного натяжения и плотности в точке контакта в ряд по кривизне частицы несправедливы. В работе Д. Хендерсона и С. Соколовского [64] на основе подхода П. Таразоны были рассмотрены фазовые равновесия простого леннард-джонсовского флюида в сферической полости в зависимости от ее радиуса и интенсивности взаимодействия с адсорбатом. Показано, что при уменьшении радиуса полости капиллярная конденсация наблюдается при меньших плотностях объемной фазы пара, находящейся в равновесии с адсорбатом. Некоторые термодинамические характеристики флюидов на смачиваемых сферических частицах с малой кривизной были рассмотрены Т.В. Быковым и К. Зенгом [65] в рамках так называемой гибридной теории, включающей в себя МФП и элементы термодинамики. Ими были рассчитаны толменовская длина, барьер нуклеации жидкого конденсата, расклинивающее давление и др. Авторы указанной выше работы использовали в качестве потенциала сферической подложки потенциал с некоторыми фиксированными параметрами, позволяющими рассмотреть явление конденсации.

соответствует большее значение избыточной адсорбции по сравнению с адсорбцией на плоской поверхности.

1.3.