密度泛函理論研究單壁硼氮和鋁氮納米管功能化.pdf

1、納米管材料，例如碳納米管、硼氮納米管、鋁氮納米管等，以其獨(dú)特管狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和光學(xué)等性質(zhì)，使其在儲(chǔ)氫、平面顯示、場(chǎng)發(fā)射器件、氣體傳感器、藥物輸運(yùn)等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用。單壁硼氮納米管和鋁氮納米管是一類(lèi)非常重要的無(wú)機(jī)寬帶隙半導(dǎo)體納米管，與碳納米管一樣擁有很高的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性比碳納米管更高。本文基于密度泛函理論和能帶理論，研究化學(xué)修飾對(duì)納米管的幾何結(jié)構(gòu)、能量、電學(xué)性質(zhì)等方面的影響，為設(shè)計(jì)新型納米管功能材料提供理論依

2、據(jù)。主要工作包括以下兩個(gè)方面：
　　1、采用密度泛函理論研究BNNTs封裝茂金屬分子（TMCp2,TM=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni）的尺寸和手性效應(yīng)。研究表明茂金屬封裝過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)非共價(jià)相互作用的過(guò)程；封裝形成能與納米管的手性和管徑密切相關(guān)，當(dāng)納米管半徑大于平衡距離（Config.-P構(gòu)型為4.50?，Config.-V構(gòu)型為5.04?）時(shí)，偏離管中心的封裝方式能量更有利。封裝后，由于納米管與茂金屬分子之間的電荷轉(zhuǎn)移，對(duì)

3、體系的導(dǎo)電性產(chǎn)生了影響。此外，由于茂金屬分子引入了磁性，使封裝體系能夠應(yīng)用于自旋電子設(shè)備。
　　2、采用密度泛函理論研究開(kāi)口單壁AlNNT與氣體小分子（H2、N2、三重態(tài)O2、單重態(tài)O2以及H2O）的相互作用。結(jié)果表明，σ-型物種如H2和H2O能在開(kāi)口AlNNT上形成穩(wěn)定化學(xué)吸附，而π-型物種如N2和O2則更傾向于形成環(huán)加成結(jié)構(gòu)，比如，單重態(tài)O2在(6,6)AlNNT的Al-N鍵上吸附時(shí)，形成了[2+2]環(huán)加成結(jié)構(gòu)。總體而言，氣體

4、小分子對(duì)N-rich-ended(10,0)AlNNT比Al-rich-ended(10,0)和(6,6)AlNNT表現(xiàn)出更高的反應(yīng)活性。此外，吸附質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，并顯著地修飾了納米管的電子結(jié)構(gòu)。吸附基本上都導(dǎo)致帶隙減小，伴隨帶隙的變化，H2、N2和H2O在N-rich-ended(10,0)AlNNT上的吸附使費(fèi)米能級(jí)向?qū)в泻艽蟪潭鹊匾苿?dòng)，顯著地降低了體系的功函并改變了其場(chǎng)發(fā)射性質(zhì)。該研究結(jié)果將有助于設(shè)計(jì)基于AlNNTs的納米設(shè)