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，以其獨特管狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學、力學和光學等性質(zhì)，使其在儲氫、平面顯示、場發(fā)射器件、氣體傳感器、藥物輸運等領域有著非常廣闊的應用。單壁硼氮納米管和鋁氮納米管是一類非常重要的無機寬帶隙半導體納米管，與碳納米管一樣擁有很高的機械強度，化學和熱力學穩(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，研究化學修飾對納米管的幾何結(jié)構(gòu)、能量、電學性質(zhì)等方面的影響，為設計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。研究表明茂金屬封裝過程實際上是一個非共價相互作用的過程；封裝形成能與納米管的手性和管徑密切相關，當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，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

3、體系的導電性產(chǎn)生了影響。此外，由于茂金屬分子引入了磁性，使封裝體系能夠應用于自旋電子設備。
　　2、采用密度泛函理論研究開口單壁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能在開口AlNNT上形成穩(wěn)定化學吸附，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，形成了[2+2]環(huán)加成結(jié)構(gòu)。總體而言，氣體

4、小分子對N-rich-ended(10,0)AlNNT比Al-rich-ended(10,0)和(6,6)AlNNT表現(xiàn)出更高的反應活性。此外，吸附質(zhì)誘導產(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上的吸附使費米能級向?qū)в泻艽蟪潭鹊匾苿樱@著地降低了體系的功函并改變了其場發(fā)射性質(zhì)。該研究結(jié)果將有助于設計基于AlNNTs的納米設