碳納米管吸附鋰的第一性原理計算.pdf

1、碳納米管因其特有的物理、化學性質及其新穎的結構和在未來高科技領域的許多潛在應用價值，迅速在世界范圍內成為材料科學領域的研究熱點，成為最典型的和最具有代表性的納米材料之一。但是純凈的碳納米管的應用是有限的，當對其進行摻雜、取代和修飾以后，它的功能和應用范圍將會得到大大的提高。 本論文工作目的在于通過基于量子力學第－性原理的理論計算，研究摻氧前后碳納米管對鋰的吸附特性和吸附鋰對碳納米管性質所造成的影響，為進一步研究不同碳納米管對堿金

2、屬吸附的選擇性、吸附能力和吸附位置以及不同的堿金屬離子對不同碳納米管的影響打下基礎。計算模擬結果對實驗的指導和新材料的設計有著重要的意義。 本論文共分為五個部分。 第一章概述了碳納米管的基本知識，如碳納米管的發(fā)展歷程、結構分類、基本性質與應用、制備方法，還介紹了鋰吸附的研究進展，最后簡要論述了本論文研究的方法、目的與意義。 第二章較為詳細地介紹了本論文計算所用的基于密度泛函理論的第－性原理并概述了基于密度泛函理論

3、開發(fā)的多種計算軟件，重點介紹了所用的PWSEF軟件。 第三章計算并探討了(3，3)碳納米管在吸附鋰前后電子結構和性質的變化。交換－關聯(lián)能的修正采用的是PBE泛函。選取2個周期的(3，3)單壁碳納米管，一共24個原子，初始值鍵長1.42A，每個周期碳納米管長2.45951225A，在計算過程中選取真空層大于10A。計算中采用6個k點來抽樣管軸方向一維布里淵區(qū)，即K點網格為1×1×6，截斷能取408eV，力收斂條件0.05eV/A，

4、能量收斂條件0.005eV。對計算數據運用嘶origin畫圖軟件或。matlab進行繪圖。通過對吸附能、態(tài)密度和能帶結構的計算得知碳納米管管外吸附鋰比管內吸附容易。 第四章計算并探討了摻雜了一個氧原子的碳納米管在吸附鋰前后電子結構和性質的變化。計算中采用12個k點來抽樣管軸方向－維布里淵區(qū)，即k點網格為1×1×12，截斷能取400eV，力收斂條件0.02eV/A，能量收斂條件0.002eV。從吸附能、態(tài)密度和能帶結構的計算結果可