碳納米管吸附海水中堿金屬元素的理論計算研究.pdf

1、在各種各樣的納米材料中,碳納米管因其獨特的幾何結(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際應(yīng)用的基礎(chǔ),特別是碳納米管對堿金屬的吸附在動力電池和海水淡化方面具有巨大的應(yīng)用前景。本論文中,運用第一性原理計算研究了碳納米管對鋰、鈉和銫等堿金屬原子的吸附,以及水分子對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)碳納米管對堿金屬的吸附能要大;相對于鋰、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,吸附更穩(wěn)定,特別是相對于鈉、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堿金屬的選擇性吸附中。
　　 3.吸附堿金屬對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