空位和B、N、Al、P掺杂对Li在石墨烯上吸附的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了空位和B、N、Al、P掺杂对Li在石墨烯上吸附的影响,结果表明:Li原子在完整石墨烯上吸附的稳定位置为心位,吸附高度在覆盖度低于1/40 ML时趋于恒值;B、N、P原子掺杂比Al掺杂石墨烯容易;杂质类型对Li在石墨烯上的吸附位置有显著的影响;空位和B、Al、P替位掺杂均加强了Li在石墨烯上的吸附,Al替位掺杂对Li在石墨烯上吸附的影响相对较大;Al、P掺杂改变了Li的稳定吸附位置(由心位移到顶位);Li在空位缺陷和N掺杂石墨烯上吸附后,两体系具有磁性,Li吸附在B-graphene、Al-graphene、P-graphene体系磁矩为零,不显示磁性。     

碳纳米管超晶格结构吸附Fe原子的电子机理

为了提高碳纳米管与Fe基体之间的润湿性,构造出N掺杂有限长碳纳米管超晶格结构.第一性原理能量计算结果表明,新型超晶格结构的埋置能正向升高,结构稳定性降低,但可以显著提高外壁对Fe原子的吸附能力.差分电荷密度结果表明,掺杂体系中N原子与邻近C原子间的π键出现了畸变,使得N原子易与Fe原子发生结合.布居数和电荷转移情况表明,N原子的掺入导致Fe原子失电子能力降低,但Fe—N间共价键强度提高.超晶格结构在一定的扭转和剪切变形下仍能保持对Fe原子的吸附能力.     

锂掺杂单壁碳纳米管阵列储氢的计算机模拟

采用巨正则蒙特卡罗方法,研究锂掺杂对单壁碳纳米管阵列(SWCNTA-Single Walled Carbon Nanotube Array)物理吸附储氢的影响.揭示了锂的掺杂位置对提升SWCNTA的储氢能力有显著的影响,并给出了最佳的掺杂方案.计算结果显示,选择最佳的掺杂方案,并合理控制SWCNTA的结构与尺寸,可使锂掺杂SWCNTA在常温和中等压强下的物理吸附储氢量,达到和超过美国能源部提出的2015年研究目标.     

Rh掺杂质单壁碳纳米管表面NO吸附反应的第一性原理研究

由于局部放电,SF6∕N2混合气体会发生分解.基于密度泛函理论研究SF6∕N2混合气体的一种分解产物NO对铑掺杂单壁碳纳米管表面的气敏特性.模拟和分析了NO气体靠近铑掺杂SWCNT(8,0)表面的吸附结构、吸附能量、电荷转移量、态密度等.结果表明,NO在Rh-SWCNT上的吸附过程是放热的.根据DOS分析,NO气体吸附在Rh-SWCNT表面后,NO与Rh-SWCNT的相互作用力变强,共价性增加.分析得出Rh-SWCNT材料可能适合作为检测SF6∕N2气体绝缘设备中NO的气体传感器.     

硼氮共掺杂碳管门压输运特性第一性原理研究

利用结合第一性原理的密度泛函理论的非平衡格林函数数值方法,计算了硼氮共掺杂(5,5)单壁碳纳米管的电子透射特征和电流电压曲线。结果表明,硼氮共掺杂使得金属型(5,5)单壁碳管转变为半导体性,硼氮共掺杂使得体系透射峰值随偏压发生非线性变换。门电压较小时对体系的输运特性的调制才属于线性关系。     

单壁碳纳米管分子异质结的相干输运研究

利用紧束缚格林函数和计算机数值模拟方法,研究了4种单壁碳纳米管分子异质结的相干输运性质。结果表明:(5,5)/(8,0)和(5,5)/(10,0)的金属/半导体型异质结局域态密度出现了新的量子态;金属/金属型异质结(5,5)/(9,0)A和(5,5)/(9,0)B的量子电导小于完好的碳纳米管,但局域态密度增大;金属/金属型异质结的量子电导对碳纳米管的连接方式表现敏感,当给定的两种金属碳纳米管连接时,不同连接方式的异质结可能是导体、半导体、绝缘体。     

碳纳米管吸附有机物研究进展

碳纳米管由于其独特的性质和广泛的应用前景,在作为吸附材料方面已引起国内外研究者的广泛兴趣.目前有关碳纳米管对有机物的吸附机理主要集中在以下几种作用：疏水作用、π-π键作用、H键作用、静电作用力等.由于碳纳米管在吸附有机物时,以上几种作用力可能同时存在,因而很难仅通过一种机理来预测碳纳米管对某有机物的吸附作用.不同类别的物质的吸附作用,起主导作用的吸附机理不同.因此,要预测有机物与碳纳米管之间的相互作用力,需要建立不同的吸附模型.另外,研究碳纳米管与有机物的吸附作用,在研究碳纳米管性质、有机物性质的同时,作用环境的研究也显得非常重要.     

聚乙二醇对水系介质中Al2O3粒子的分散作用

高分子表面活性剂在高性能陶瓷的胶态成型技术中起着非常重要的作用.利用水系介质中Al2O3粒子的沉降实验及扫描电子显微镜、红外光谱等分析手段综合考察了25℃下聚乙二醇(PEG,相对分子质量2 000)对Al2O3粒子的分散稳定效果,同时对PEG的吸附机理进行了分析.pH=3.O-5.0时,Al2O3粒子表面吸附PEG后,粒子之间的作用由单纯静电效应转变为静电-空间位阻协同效应,其分散稳定性得到了大幅提高.pH=3.0时,PEG在Al2O3粒子表面的吸附遵从Langmuir吸附理论,其理论饱和吸附量为9.9 mg/g.Al2O3粒子表面PEG吸附量为8.1 mg/g(溶液中平衡PEG质量浓度为8.0 g/L)时,其分散效果最佳.     

多壁碳纳米管的PEI修饰及NO吸附性能研究

采用CVD法以SBA-16为模板、以Fe为催化剂合成多壁碳纳米管,并对多壁碳纳米管进行羧基化,羧基化后的多壁碳纳米管分别与直链和支链结构的聚乙烯亚胺(PEI)作用.SEM、TEM及IR结果表明,羧基化后的多壁碳纳米管与PEI作用后,多壁碳纳米管表面具有酰氨基和吸附态的PEI.Ram an和XRD研究表明,PEI修饰后的多壁碳纳米管的结构并未改变.采用TG-MS对PEI修饰前后的碳纳米管进行的等温NO吸附-脱附实验表明,经支链PEI修饰的多壁碳纳米管,其NO选择性、吸附能力和吸附量较直链PEI修饰和纯化的多壁碳纳米管明显提高.     

NH3分子在Fe原子掺杂石墨炔表面的吸附特性研究

基于第一性原理,对氨气(NH₃)分子在纯净石墨炔和铁(Fe)原子掺杂的石墨炔(Graphyne,GY)上的吸附特性进行了研究。通过两个非等效碳原子位置,确定NH₃分子在纯净GY和Fe原子掺杂GY表面的最佳吸附位置和吸附方向,并计算出相应的结合能、吸附能和电荷转移量,确定了它们的吸附类型。研究发现,纯净GY与NH₃分子之间只存在物理吸附作用,而Fe原子掺杂GY后可以显著改善GY表面的化学活性,提高其对NH₃分子的吸附能力。研究认为,Fe原子掺杂GY应是一种对NH₃分子进行检测的气敏材料。     

碳纳米管超晶格结构的第一性原理

针对掺杂N、B、Si的碳纳米管超晶格的电子结构及拉伸性能,运用第一性原理进行了相关研究.结果表明,碳纳米管超晶格会形成类似管状结构.不同掺杂元素导致碳纳米管超晶格的结构稳定性有所不同.碳纳米管经掺杂后,能带中的能隙由半导体性转变为金属性,且费米能级处的态密度值增大,表明碳纳米管超晶格的物理化学活性增强,而结构稳定性降低.对于碳纳米管超晶格而言,结构稳定性从高至低依次为3×1碳氮、1×1碳硼和3×1碳硼纳米管超晶格.     

阳离子对邻氯苯甲酸在碳纳米管上吸附影响机制研究

以碳纳米管(carbon nanotubes)为模型吸附剂,在不同pH下,探究不同水合半径和价态的金属离子对邻氯苯甲酸(o-chlorobenzoic acid)吸附的影响机理.结果表明,低pH下,金属离子抑制了CNTs对2-CBA的吸附,抑制作用受离子水合半径的控制;高pH下,金属离子促进了CNTs对2-CBA的吸附,价态越高、水合半径越小的金属离子促进2-CBA吸附的能力越强,反之,促进2-CBA吸附的能力越弱.金属离子与邻氯苯甲酸结合键能的高斯计算结果表明,价态越高、水合半径越小的金属离子与2-CBA之间的键能越大,说明两者相互作用越强.显然,金属离子对2-CBA在CNTs上吸附的影响一方面取决于其带电量,另一方面取决于其水合半径,两者之间的平衡效应可能是决定2-CBA吸附行为的关键.     

NO及NH3在MnO表面吸附行为的计算研究

选取MnO(111)、(110)及(001)晶面超晶胞做为反应表面模型,运用DFT中GGA的PBE方法,探讨了NO及NH3分子在MnO(111)、MnO(110)、MnO(001)面上的吸附行为,结果表明,NO及NH3均在MnO(111)面的top-Mn位上较易吸附,且NO吸附能较大。通过Mulliken布局数及态密度分析发现,在NO及NH3的吸附过程中,气体分子与吸附衬底之间发生了较强的相互作用。NO吸附时电子从衬底转移到N原子上,得到NO-阴离子结构,而NH3吸附后电子则从N原子转移到衬底上。Mn原子通过3d、4s轨道与NO及NH3中的N形成了化学键,使吸附更加稳定。     

HCN在Ni(111),Ni(100)和Ni(110)面吸附的密度泛函理论研究

针对乙腈加氢反应机理的研究,采用密度泛函方法计算了HCN在Ni(111),Ni(100)和Ni(110)表面上的吸附,并在1/4覆盖度的基础上讨论了表面吸附结构及吸附能.结果表明:在Ni(111)面,最稳定的吸附构型为HCN分子中C-N键,几乎平行吸附在表面上,其吸附结构为f-η3(N)-h-η3(C),吸附能为1.369eV.在Ni(100)上,最优吸附构型为HCN吸附在表面上的fcc位,其中C-N键与4个相邻的Ni原子成键,吸附能为1.932eV.在Ni(110)上,HCN吸附构型与其它两个表面相类似,位于两个long-bridge位,其吸附能为1.780eV.同时,也通过电子电荷及态密度分析了HCN在Ni(111),Ni(100)和Ni(110)表面上的成键机理,表明吸附的HCN在表面上已重新杂化,形成了非线性弯曲的吸附结构,这更有利于加氢反应的发生.     

固胺负载SBA-15的石墨烯改性及其CO2吸附性能

为了提高固胺负载SBA-15的CO₂吸附性能及稳定性,推进其在燃烧后CO₂捕集中的实际应用,采用湿法浸渍制备新型石墨烯掺杂超支链聚合物(HBP)负载SBA-15(G/SBA-15/HBP)固胺负载吸附剂用于CO₂捕集.通过SEM、TEM、N2吸附、XRD、FTIR对吸附剂的微观结构和化学组成进行表征,研究分析HBP负载量、吸附温度和脱附温度对CO₂吸附性能的影响并优化反应条件,探讨石墨烯改性前、后吸附剂的热稳定性和循环性能.结果表明,当HBP负载量达到50%时,G/SBA-15/HBP的CO₂吸附量为1.50 mmol/g,相较传统SBA-15/HBP提升了51.51%.石墨烯掺杂能减少颗粒团聚,有利于气体扩散;增加载体12%比表面积及31%孔隙容积,有利于负载HBP的均匀分散,暴露更多的吸附位点.石墨烯掺杂提升了固胺负载吸附剂的热稳定性,提高了吸附剂的使用寿命及循环稳定性.     

聚乙二醇对水系介质中Al_2O_3粒子的分散作用

高分子表面活性剂在高性能陶瓷的胶态成型技术中起着非常重要的作用。利用水系介质中Al2O3粒子的沉降实验及扫描电子显微镜、红外光谱等分析手段综合考察了25℃下聚乙二醇(PEG,相对分子质量2000)对Al2O3粒子的分散稳定效果,同时对PEG的吸附机理进行了分析。pH=3.0-5.0时,Al2O3粒子表面吸附PEG后,粒子之间的作用由单纯静电效应转变为静电-空间位阻协同效应,其分散稳定性得到了大幅提高。pH=3.0时,PEG在Al2O3粒子表面的吸附遵从Langmuir吸附理论,其理论饱和吸附量为9.9 mg/g。Al2O3粒子表面PEG吸附量为8.1 mg/g(溶液中平衡PEG质量浓度为8.0 g/L)时,其分散效果最佳。     

Li在B掺杂石墨烯表面的吸附和扩散行为

基于密度泛函理论的第一性原理,研究Li在不同B掺杂量的石墨烯表面的吸附和扩散行为。结果表明,Li在3.12%(原子数分数)B掺杂石墨烯表面具有较大的吸附能(Ead),约2.548 e V,是Li在未掺杂石墨烯表面吸附能(1.126 e V)的2.3倍;B掺杂后,导致石墨烯费米能级下移至价带,石墨烯呈现缺电子性,有利于Li的吸附;Li在2.00%(原子数分数)B掺杂石墨烯表面扩散的最小扩散能垒较小,约0.250 e V,略高于Li在石墨烯表面的扩散能垒(0.248 e V)。     

多壁碳纳米管对水中腐殖酸的吸附行为研究

以多壁碳纳米管为吸附剂对水中腐殖酸（HA）的吸附行为进行了研究,重点考察了各种因素下碳纳米管对腐殖酸吸附效果的影响,如吸附温度、吸附时间、溶液pH、共存离子等.实验结果表明,在15℃,25℃和35℃条件下,多壁碳纳米管对腐殖酸的吸附等温线可以用Freundlich模型模拟,其实验条件下的最大吸附量分别为37.77mg/g,41.89mg/g,52.95mg/g;吸附剂对水中腐殖酸的吸附在12h内可达平衡,且吸附动力学符合拟二级动力学方程;碳纳米管对腐殖酸的吸附量随溶液pH的增加而降低;水中金属阳离子的存在能促进腐殖酸的吸附,不同类型的阳离子对腐殖酸吸附效果影响的大小顺序为：Ca2＋﹥K＋﹥Na＋.     

胶原纤维负载金属离子对氟的吸附性能研究

以胶原纤维为基质,利用Zr(Ⅳ)、Al(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)能与其形成配合物的特性制备吸附材料,并研究了该吸附材料对水溶液中氟离子的吸附特性。结果表明,在pH 4～9范围内,胶原纤维负载Zr( ZrCF)、Al( AlCF)和Fe( FeCF)对氟离子具有较强的吸附能力,吸附容量大小顺序为：ZrCF>AlCF> FeCF。在303 K时,３种吸附材料对F-的平衡吸附容量分别为57.94 mg/g、31.84 mg/g和15.24 mg/g,对氟离子的吸附等温线均符合Langmuir方程。ZrCF对氟离子的吸附动力学可以用拟二级速度方程来描述,计算得到的平衡吸附量与实测平衡吸附量非常吻合。用0.05 mol/L氢氧化钠溶液进行解吸时,其解吸率达97％。     

TiO2/氮掺杂碳纳米管复合材料的制备及光催化性能研究

以钛酸异丙酯为前驱体,采用水热合成法制备了TiO2/氮掺杂碳纳米管复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对样品进行了详细的表征,并以罗丹明B作为模型污染物,研究了TiO2/氮掺杂碳纳米管复合材料作为光催化剂在紫外光照射下的光催化能力,结果表明TiO2/氮掺杂碳纳米管复合材料对环境污染物具有良好的降解能力。