甲醇在端口改性碳納米管中的遷移性質(zhì)研究.pdf

1、隨著能源問題的日益突出，新能源得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。燃料電池作為一種高效清潔的能源利用方式受到重視。碳納米管（CNT）具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，將它應(yīng)用于燃料電池中作為催化劑的載體可以極大提高其性能。然而，燃料分子在碳納米管中的遷移性質(zhì)還有待研究。本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，建立了甲醇在碳納米管改性端口及其內(nèi)部遷移的物理模型，結(jié)合統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論，研究電量、官能團(tuán)種類以及碳納米管直接的作用。主要得到了以下結(jié)論：
　　碳納米管分布在

2、甲醇溶液中時(shí)，可以提高內(nèi)部的甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。文獻(xiàn)中通常采用的碳納米管端口存在懸空鍵，是不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，需要在端口加入官能團(tuán)才能形成能夠在自然界存在的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。碳納米管端口官能團(tuán)主要有：-H、-OH、-COOH，它們位于碳納米管端口時(shí)，都是攜帶一定的電量的，通過模擬分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)改變?cè)铀鶐щ娏繒r(shí)，甲醇通過碳納米管端口的頻率隨著電量的增加而減小。
　　直徑為（6，6）8.14?的CNT內(nèi)部，甲醇呈現(xiàn)單鏈狀分布。隨著直徑的增加，甲醇在碳納米

3、管內(nèi)部的分布呈現(xiàn)越來越多環(huán)形結(jié)構(gòu)，以及更加紊亂的結(jié)構(gòu)分布。通過計(jì)算碳納米管內(nèi)部的徑向密度可以支持模擬得到的結(jié)論。
　　對(duì)碳納米管用三個(gè)官能團(tuán)-H、-OH、-COOH功能化后，甲醇溶液會(huì)受到碳納米管的影響。系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，甲醇分別進(jìn)出碳納米管的數(shù)量保持一致。當(dāng)碳納米管直徑不斷增加時(shí)時(shí)，甲醇每ps通過三種官能團(tuán)功能化的碳納米管的次數(shù)隨之增多。因此直徑對(duì)于甲醇在碳納米管端口的遷移產(chǎn)生積極的影響。對(duì)三種官能團(tuán)進(jìn)行對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)：甲醇每ps通過

4、-H和-OH功能化的碳納米管的次數(shù)均大于-COOH功能化的碳納米管。這說明羧基對(duì)于甲醇通過碳納米管端口的阻力較大，阻力作用高于氫基和羥基。
　　對(duì)于-H和-OH功能化的碳納米管，甲醇在碳納米管端口擴(kuò)散時(shí)，受到了直徑和端口官能團(tuán)原子擺動(dòng)的綜合作用。當(dāng)小直徑時(shí)由于CNT-H官能團(tuán)氫原子在管壁附近波動(dòng)較大，使得甲醇通過碳納米管端口的有效面積相比于 CNT-OH減小，因此小直徑時(shí) CNT-OH更有利于甲醇的擴(kuò)散。當(dāng)甲醇通過大直徑碳納米管時(shí)