Abstract Recent advances in two-dimensional carbon allotropes and their applications as efficient CO2 capture materials can decrease effect of CO2 on the global weather changes. In current study, influence of strontium on the structural and electronic properties of a new allotrope of carbon, graphyne (GY), toward promotion of CO2 capture capacity were investigated using DFT-D3 calculations. Various sites for Sr decoration in GY frame were probed. Then, we investigated the best site and direction for adsorption of CO2 on the structures. Results show that the best site is 1.740 A above the center of the 12-membered ring with the adsorption energy of −3.034 eV. It is very more than bulk cohesive energy of Sr (about −1.72 eV/atom), therefore, aggregation of the Sr atoms is hindered on the GY sheet. Also, for pristine GY, 12-membered ring and for Sr-decorated GY, top of Sr atom are the best sites for CO2 trapping with adsorption energies of −0.252 and −0.425 eV, respectively. Thermal stability of the structures at room temperature was confirmed by Ab initio molecular dynamics (AIMD) simulation. Adding of CO2 molecules on the pristine and Sr-decorated GY shows that three and seven CO2 molecules can adsorb on one side of the GY sheet with the average adsorption energy of −0.260 and −0.478 eV/CO2, respectively. Therefore, CO2 capture capacity is estimated to be as high as 31.68 wt% for the Sr-decorated GY. This study shows that Sr-decorated GY can be used as a hopeful candidate for the CO2 capture applications in the future.

中文翻译：

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原始和 Sr 装饰石墨炔中的多重 CO2 捕获：DFT-D3 和 AIMD 研究

摘要 二维碳同素异形体及其作为高效 CO2 捕获材料的应用的最新进展可以减少 CO2 对全球天气变化的影响。在当前的研究中，使用 DFT-D3 计算研究了锶对碳的新同素异形体石墨炔 (GY) 的结构和电子特性的影响，以提高 CO2 捕获能力。探测了 GY 框架中 Sr 装饰的各个位点。然后，我们研究了在结构上吸附 CO2 的最佳位置和方向。结果表明，最佳位点是 12 元环中心上方 1.740 A，吸附能为 -3.034 eV。它远远大于 Sr 的体积内聚能（约 -1.72 eV/原子），因此，Sr 原子在 GY 片上的聚集受到阻碍。此外，对于原始的 GY，12 元环和 Sr 修饰的 GY，Sr 原子的顶部是捕获 CO2 的最佳位点，吸附能分别为 -0.252 和 -0.425 eV。结构在室温下的热稳定性通过从头算分子动力学 (AIMD) 模拟得到证实。在原始和 Sr 装饰的 GY 上添加 CO2 分子表明，三个和七个 CO2 分子可以吸附在 GY 片的一侧，平均吸附能分别为 -0.260 和 -0.478 eV/CO2。因此，估计 Sr 装饰的 GY 的 CO2 捕获能力高达 31.68 wt%。该研究表明，Sr 修饰的 GY 可作为未来 CO2 捕获应用的有希望的候选者。结构在室温下的热稳定性通过从头算分子动力学 (AIMD) 模拟得到证实。在原始和 Sr 装饰的 GY 上添加 CO2 分子表明，三个和七个 CO2 分子可以吸附在 GY 片的一侧，平均吸附能分别为 -0.260 和 -0.478 eV/CO2。因此，估计 Sr 装饰的 GY 的 CO2 捕获能力高达 31.68 wt%。该研究表明，Sr 修饰的 GY 可作为未来 CO2 捕获应用的有希望的候选者。结构在室温下的热稳定性通过从头算分子动力学 (AIMD) 模拟得到证实。在原始和 Sr 装饰的 GY 上添加 CO2 分子表明，三个和七个 CO2 分子可以吸附在 GY 片的一侧，平均吸附能分别为 -0.260 和 -0.478 eV/CO2。因此，估计 Sr 装饰的 GY 的 CO2 捕获能力高达 31.68 wt%。该研究表明，Sr 修饰的 GY 可作为未来 CO2 捕获应用的有希望的候选者。分别为 478 eV/CO2。因此，估计 Sr 装饰的 GY 的 CO2 捕获能力高达 31.68 wt%。该研究表明，Sr 修饰的 GY 可作为未来 CO2 捕获应用的有希望的候选者。分别为 478 eV/CO2。因此，估计 Sr 装饰的 GY 的 CO2 捕获能力高达 31.68 wt%。该研究表明，Sr 修饰的 GY 可作为未来 CO2 捕获应用的有希望的候选者。