硼-氮摻雜碳納米管與石墨烯吸附性能的第一性原理研究.pdf

1、碳納米管和石墨烯由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì),在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。1997年研究者發(fā)現(xiàn)碳納米材料在儲氫方面的應(yīng)用潛力為氫的高容量儲存提供了有效的方法,自此碳納米材料在氫存儲方面的研究就吸引了眾多的研究者。而且B、N摻雜和金屬摻雜對碳納米材料的吸附性能和電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)的改性作用也非常明顯,使其在催化劑、磁性材料等領(lǐng)域能夠有所作為。
　　針對它們對氫和過渡金屬的吸附,本文將建立B/N摻雜碳納米管、石墨烯吸附氫和過渡金屬的理想模型

2、,基于第一性原理的密度泛函理論,采用了平面波贗勢方法以及廣義梯度近似,通過QuantumESPRESSO軟件包實現(xiàn)計算。
　　文中對幾種4?細管徑碳納米管,如(3,3)、(4,2)、(5,0)和石墨烯進行對比研究。計算了B/N摻雜4?碳納米管及石墨烯的電子特性,并進一步研究它們對氫原子和氫分子的吸附的影響,找到B/N摻雜的吸附穩(wěn)定性,及摻雜類型。同時計算了B/N摻雜(3,3)碳納米管和石墨烯對第三族過渡金屬(Sc~Cu)的吸附性能

3、,并對體系的鍵長、鍵能、電荷總量和差分電荷密度等做了較為系統(tǒng)詳細的研究和分析。
　　對氫原子的吸附研究表明,B摻雜結(jié)構(gòu)比N摻雜結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,且它們分別具有P型和N型摻雜的電子特性。對于氫原子的吸附,(3,3)和(5,0)碳納米管表現(xiàn)不佳,而石墨烯和(4,2)碳納米管中B摻雜可以改善吸附性能。所有體系對于氫分子的吸附都非常小。對金屬吸附的研究表明,N摻雜能夠加強碳納米管對金屬的吸附性能,B摻雜能夠加強石墨烯對金屬的吸附。且N摻雜引起