碳納米管及表面缺陷吸附銅的理論研究.pdf

1、自從1991年Iijima發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管(Single carbon nanotube，SWNT)以來，尤其是經(jīng)金屬銅修飾的碳納米管各個方面的性能大大提高，更是吸引了全世界研究人員的關(guān)注。 本論文選擇了密度泛函理論的第一性原理方法，對銅原子在完美的與存在缺陷的(5，5)椅型單壁碳納米管的吸附行為進(jìn)行了理論模擬研究。所有計算均采用Materials Studio4.0中的DMol3軟件包。研究工作的主要內(nèi)容和結(jié)論如下：

2、1．采用密度泛函方法對銅原子在有限長(5，5)椅型單壁碳納米管的吸附行為進(jìn)行研究。計算結(jié)果表明，銅原子吸附在管外壁要比管內(nèi)壁能量上更為有利，在管外壁碳原子頂位吸附最佳，屬于明顯的化學(xué)吸附，且用前線軌道理論對其成鍵特性進(jìn)行分析，表明在頂位吸附時主要由銅原子的4s軌道電子與碳納米管中耦合的σ—π鍵形成新的σ鍵。此外還對比計算了兩種典型位置電子密度，發(fā)現(xiàn)銅原子在項位吸附的成鍵中有更大的電子云重疊。進(jìn)一步表明在某些情況下銅碳原子可以成鍵。

3、 2．采用密度泛函理論研究了銅原子與存在倆種典型缺陷的椅型單壁碳納米管的相互作用。計算結(jié)果表明，基于幾何構(gòu)型及吸附能分析，銅原子在5-1DB缺陷的空位處及拓?fù)淙毕萜咴h(huán)處吸附作用較強，進(jìn)一步運用前線軌道理論、millken布居分析對其成鍵特性分析，表明缺陷處吸附能力顯著增強，形成更為穩(wěn)定的化學(xué)鍵，與銅原子內(nèi)層的3d電子參與成鍵有關(guān)。同時，采用形變電子密度分析表明了銅碳吸附時的電子分布情況。 3．同時對碳納米管順序增加吸附銅原子

4、，直到7個銅原子的吸附情況進(jìn)行了研究。計算結(jié)果表明，單個銅原子與多個銅原子在SWNT上有不同的吸附行為，單個銅原子在碳原子頂位吸附最佳，而兩個銅原子則形成二聚體垂直于碳納米管所在平面，吸附在與軸向傾斜的橋位最為穩(wěn)定。隨著銅原子個數(shù)的增多，在大于3個銅原子吸附時，最穩(wěn)定的吸附構(gòu)型傾向于形成三層片狀，其理論最小吸附銅薄膜臨界尺度在0.75nm左右。 此外，還對復(fù)雜體系硝酸釓進(jìn)行結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究，為進(jìn)一步探討硝酸鹽與多孔硅的爆炸機理提