碳納米管吸附海水中堿金屬元素的理論計(jì)算研究.pdf

1、在各種各樣的納米材料中,碳納米管因其獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)和物理、化學(xué)特性而備受關(guān)注。碳納米管吸附特性是碳納米管改性和實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ),特別是碳納米管對(duì)堿金屬的吸附在動(dòng)力電池和海水淡化方面具有巨大的應(yīng)用前景。本論文中,運(yùn)用第一性原理計(jì)算研究了碳納米管對(duì)鋰、鈉和銫等堿金屬原子的吸附,以及水分子對(duì)碳納米管吸附堿金屬的影響。主要內(nèi)容如下:
　　 1.碳納米管吸附堿金屬原子。碳納米管對(duì)堿金屬的吸附依賴于碳納米管與堿金屬的特性。完整的戴帽的(9,0

2、)碳納米管比(5,5)碳納米管對(duì)堿金屬的吸附能要大;相對(duì)于鋰、鈉原子,原子半徑較大的銫原子更容易吸附;在碳納米管形成碳原子空位缺陷以后,堿金屬原子向缺陷處移動(dòng),吸附更穩(wěn)定,特別是相對(duì)于鈉、銫原子,原子半徑較小的鋰原子更容易吸附。
　　 2.水分子對(duì)碳納米管吸附堿金屬的影響。水分子在完整的(5,5)或(9,0)碳納米管尖端的吸附是穩(wěn)定的,但吸附能較小。吸附水分子之后,對(duì)于完整的(5,5)/(9,0)單壁碳納米管,銫原子的吸附能最大

3、,鈉原子的吸附能最小;但是形成缺陷以后,鋰原子的吸附能最大,鈉原子的吸附能最小。這說明缺陷的吸附水分子的碳納米管更容易吸附鋰原子,這一結(jié)果有望應(yīng)用于碳納米管在海水中對(duì)堿金屬的選擇性吸附中。
　　 3.吸附堿金屬對(duì)碳納米管本身的影響。碳納米管吸附堿金屬原子后功函數(shù)顯著降低,并與被吸附堿金屬原子的電負(fù)性成線性關(guān)系,堿金屬原子的電負(fù)性越大,碳納米管功函數(shù)也越大。碳納米管的功函數(shù)可以通過碳納米管吸附不同的堿金屬原子來進(jìn)行調(diào)控。在吸附了堿