金属纳米颗粒对碳纳米管表面浸润特性的研究

利用分子动力学和第一原理计算方法,对3种典型金属纳米颗粒在碳纳米管表面的浸润过程进行了建模分析.结果表明,金属纳米颗粒在较低的温度即可融化,并对碳纳米管表面浸润,其浸润能力取决于碳纳米管对金属原子的吸附力和金属原子之间的吸引力,两者之间的力差决定了不同类型金属原子对碳纳米管表面的浸润特性.     

镍粒子在单壁碳纳米管生成中的催化机制

用CVD法制备单壁碳纳米管，一般加入镍金属颗粒作为催化剂，由于镍金属颗粒不同晶体表面对碳原子的吸附具有不同的活性，在制备单壁碳纳米管时，导致镍颗粒（液态）吸附的碳原子在其表面由活性小的晶面活性大的晶面扩散并沉积，结果围绕镍金属颗粒形成空腔，单壁碳纳米管得以生成，在单壁碳纳米管生长过程中，镍原子作为替位式原子，总是处在碳纳米管六角网络的最外端，起着缺陷稳定剂的并促进其生成，笔者阐述了镍金属颗粒催化剂的催化机制，并对单壁碳纳米管产物的形貌作了合理解释。     

超临界CO_2抗溶剂方法修饰碳纳米管

为增加碳纳米管与高分子材料的相容性,增强其在树脂共混体系中的稳定性,用超临界CO2抗溶剂沉积方法将PCL包覆到碳纳米管的表面,以阻止其分散后再次团聚,该方法对多壁碳纳米管和单壁碳纳米管均适用.探讨了CO2压力和PCL浓度与碳纳米管修饰效果之间的关系,为碳纳米管修饰提供了有效方法.     

Si在Si（111）表面吸附过程的分子动力学模拟

利用Tersoff半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了荷能的硅原子在Si(111)表面的吸附过程.对100K时,初始入射动能分别为5,15,25,30eV的硅原子从6个不同位置轰击Si(111)表面进行了模拟,观察到了硅原子在Si(111)表面形成的吸附结构,并讨论了不同入射位置和入射能量对吸附结构的影响.结果表明,硅原子相对于表面不同的局部构型发生不同的碰撞过程,而硅原子入射能量的提高有利于成键过程的发生,从原子尺度模拟了沉积机制.     

碳纳米管的化学镀银及SEM研究

通过对碳纳米管进行金属包覆,制备一维纳米复合材料,利用化学镀方法在碳纳米管表面得到完整均匀的银镀层。研究表明,镀层质量与表面处理,反应速率和反应时间密切相关。     

过渡金属原子在无序二元合金表面上的化学吸附

本文采用相干势近似(CPA)和Anderson-Newns(AN)模型研究了过渡金属原子在无序二元合金(DBA)表面上的化学吸附。普遍的去耦合方法被用来消除过渡金属吸附原子不同d电子之间通过与衬底表面相互作用所产生的耦合效应。对于DBA,考虑了表面偏析现象,尤其研究了因化学吸附而导致表面偏析的变化。计算结果表明:(1)过渡金属吸附原子对DBA表面偏析有很大的抑制作用;(2)化学吸附系统Pt/Ni_xCU_(1-x)随Ni原子体浓度的增加而趋于稳定。     

氮掺杂(10,0)单壁碳纳米管的电子结构

利用密度泛函第一原理研究不同氮掺杂方式(10,0)单壁碳纳米管的电子结构. 当氮原子取代碳纳米管中的碳原子时, (10,0)单壁碳纳米管转变为n型半导体. 当氮原子吸附在碳纳米管表面时, (10,0)单壁碳纳米管转变为p型半导体, 同时与吸附氮原子相连碳原子的p轨道上的小部分电子被激发至d轨道上.      

电弧法合成填充金属纳米粒子的碳纳米管

用阳极弧法合成了碳纳米管内包覆铁和钴等金属纳米粒子.对合成物用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、电子能谱(EDS)和Raman光谱等方法进行了鉴定和表征.发现包覆粒子的多壁碳纳米管的平均直径约为35nm,其端部和内部包覆的粒子不连续分布、粒径基本均匀,约为20nm.分析了阳极弧等离子体法合成碳纳米管内包覆金属纳米粒子的形成机理.     

Ag/HAP/TiO2晶须催化剂的制备及其光催化活性

基于高比表面的介孔TiO2晶须,利用羟基磷灰石(HAP)对有机质良好的吸附特性,采用浸泡包裹的方法在介孔TiO2晶须光催化剂表面包覆少量羟基磷灰石,制得对有机质有较好吸附性能的催化剂前躯体,利用光化学沉积法在包裹后的前躯体上担载Ag.结果表明:表面包覆HAP质量分数为0.5%、担载Ag质量分数为1.9%后的介孔TiO2晶须光催化性能得到提高的同时又保证了对有机质的吸附能力.     

N/C对碳氮膜修饰的多壁碳纳米管细胞相容性的影响

为改善碳纳米管的细胞相容性,通过离子束辅助沉积方法在由化学气相沉淀法制备的多壁碳纳米管表面沉积纳米厚度的碳氮膜以进行表面修饰.通过观察L929小鼠肺部成纤维细胞、EAHY926人内皮细胞和兔血红细胞在修饰前后的碳纳米管表面的黏附和生长状态可知,沉积CNx膜的多壁碳纳米管的细胞相容性优于沉积前,表现出良好的生命活性和增殖状态,同时,较高的N/C比有利于细胞在沉积CNx膜碳纳米管表面的增殖和生长以及细胞形态的伸展.     

表面三维结构构造对磷酸铁锂电化学性能的影响

电子产品的普及对锂离子电池商业正极材料磷酸铁锂的倍率充放电能力和循环稳定性提出了更高的要求。石墨烯由于其独特的电子共轭态和单原子层结构,具有优越的电子迁移性、大的比表面积和良好的热与化学稳定性,是理想的磷酸铁锂表面结构和功能修饰材料。本文将结合传统材料表面金属包覆的方法,在化学还原氧化石墨烯包覆过程中引入二价金属离子,在磷酸铁锂表面形成三维导电网络的化学还原氧化石墨烯/金属包覆层。实验结果表明,表面三维结构的构造可显著地改善磷酸铁锂的导电性和锂离子扩散性能。     

H原子通过碳纳米管的分子动力学模拟

利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了氢原子在单壁碳纳米管中的运动.对温度为10K时,初始入射动能分别为1,5,10,15,20,30eV的H原子以不同的入射角度进入碳纳米管进行模拟,观察了氢原子与碳纳米管的吸附情况及在碳纳米管中的运动,并讨论了不同入射能量和入射角度对氢原子在碳纳米管中吸附的影响.结果表明,在能量为20eV时H原子能够很好的吸附在碳纳米管管壁上.     

钾掺杂单壁碳纳米管吸附CO_2气体的Monte Carlo模拟研究

减少化工企业对大气层的二氧化碳(CO_2)排放量以避免温室效应仍然是当前环境保护的重要任务之一.为促进研发储存和分离CO_2的纳米材料,采用巨正则蒙特卡洛(Monte Carlo)方法模拟了温度为300K时一系列压强下CO_2气体在不同类型的钾掺杂单壁碳纳米管中的吸附情况.结果表明:碱金属钾的掺杂可以在一定条件下显著提高碳纳米管对CO_2气体的吸附能力.由等温吸附曲线和吸附热曲线可知,多数情况下钾原子的掺杂量越大、钾原子嵌入管壁越深,则吸附能力越强.然而必须注意,某一压强下钾掺杂碳纳米管对CO_2气体的吸附量不仅受纳米管和气体分子之间的作用力强度的影响,还取决于吸附空间的大小;特定压强下的吸附量是这两种因素综合作用的结果.     

多壁碳纳米管/聚丙烯酸复合材料的制备及表征

采用化学气相沉积法(CVD)制备多壁碳纳米管(MWNTs),并用酸纯化多壁碳纳米管(MWNTs).为了改进碳纳米管在聚合物中的性能,采用化学修饰法制备了多壁碳纳米管/聚丙烯酸(MWNTs/PAA)复合材料,并用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和红外光谱(FT-IR)对其进行了表征.实验结果表明,聚丙烯酸能均匀地包覆在碳纳米管表面,而且多壁碳纳米管/聚丙烯酸复合材料能很好地分散在水和苯丙乳液中.     

不同过渡层和电场方向对碳纳米管或纤维生长的影响

利用等离子体增强化学气相沉积系统沉积了碳纳米管或纤维，并用扫描电子显微镜研究了它们的生长和结构．为避免碳纳米管或纤维在生长过程中从衬底Si表面上脱落，先在Si表面上溅射沉积了金属过渡层Ti或Ta，然后再沉积催化剂NiFe．结果发现Ti和Ta过渡层对碳纳米管或纤维的结构有很大的影响．另外，还发现衬底Si放在支架的不同位置，碳纳米管或纤维的生长方向不同，这可能是由于辉光放电产生的非均匀电场所致．对不同过渡层和电场方向对碳纳米管或纤维生长的影响进行了分析和讨论．     

卤素离子在多晶铜电极表面的微分电容研究

本文通过测量金属晶体电极表面的微分电容研究了金属电极表面在金属与水溶液界面上的吸附能力,以及金属与吸附质之间的相互作用。文中论述了多晶铜电极在(0.5-x)mNaClO_4+xmNaBr的一系列不同x值的溶液中的微分电容测量值及微分电容-电位曲线,证明了F~-和ClO_4~-离子在多晶铜电极表面是非常弱的吸附,Br~-离子在多晶铜电极表面具有特定的吸附,每条电容-电位曲线有一个凸起的峰。在峰所对应的位能值,金属表面对阴离子的吸附能力强,证实金属-吸附质之间的相互作用强,吸附的阴离子在过渡层中散射导电电子的能力也强。对于相同阴离子和金属的体系,其微分电容与吸附质的浓度、电压、溶液的pH值和表面的非均匀性等因素密切有关。研究证明,金属晶体电极表面在电解质溶液中的微分电容的变化规律类似于表面电反射信号的强弱变化规律,微分电容大小取决于金属-吸附质之间的电荷转移程度。     

碳纳米管金属复合材料的合成及其吸波性能

通过乙炔催化裂解制得碳纳米管,采用浓硫酸和双氧水的混合溶液对碳纳米管进行表面羟基化修饰,利用化学镀使Pd、Co以及FePt金属纳米粒子成功地吸附在碳管表面,结果发现碳纳米管及其复合物均为介电损耗型介质,Co-碳纳米管复合物相比纯碳纳米管在高频区域有较强的宽范围吸收.     

硅纳米孔柱阵列上低温无催化剂生长碳纳米管

采用化学气相沉积的方法在硅纳米孔柱阵列衬底上无催化剂生长出碳纳米管.分别在新制备的和制备后再在常温下自然氧化一周的硅纳米孔柱阵列衬底上进行无催化剂生长碳纳米管,结果发现新制备的硅纳米孔柱阵列表面没有碳纳米管长出,而自然氧化一周的硅纳米孔柱阵列表面有大量的碳纳米管出现.从硅纳米孔柱阵列的结构及表面氧化程度的不同加以分析,提出了无催化剂生长碳纳米管的生长机理,为在无金属催化剂条件下生长碳纳米管提供了一种新的方法.     

金属Al、Cu钝化机理电子理论研究

通过计算机编程建立水吸附Al和Cu的模型,利用实空间的Recussion方法分别计算了Al和Cu被H2O吸附前后系统的状态密度和能量变化,及表面金属原子与其近邻原子间的键级积分,并将两个计算结果进行比较.从结果中分析,金属原子的电子转移到H2O分子的O原子上.水吸附金属表面后,状态密度有所下降,次表面原子几乎不受影响,系统总能降低,系统变稳定.H2O使金属表面化学活性降低,并从键级积分计算结果中讨论了Al和Cu钝化膜的形成机理:水通过氧与金属表面原子成键后,表面金属原子与次表面原子作用增强,水中氧和氢原子相互作用改变的不同导致形成不同的钝化膜.     

硫对浮动催化法制备碳纳米管的影响

为了解浮动催化裂解工艺制备碳纳米管中硫元素对产物形态的影响规律 ,采用透射电子显微镜 (TEM)对产物进行了观察分析 ,结果表明过高或过低的硫含量都不能得到理想的碳纳米管。对碳管端部的催化剂颗粒进行了成分分析 ,并通过热力学和动力学分析 ,认为硫元素不是通过液化铁颗粒起催化活化的作用 ,而是由于硫原子吸附在铁颗粒的表面 ,部分地覆盖了铁颗粒 ,使碳氢分子的吸附和碳纳米管的析出能够连续地进行 ,从而起到催化活化的作用