不同结构石墨烯纳米带吸附NH_3的第一性原理研究

为了进一步提高基于石墨烯的气敏传感器对NH_3的传感性能,采用第一性原理方法,研究了NH_3与不同结构扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)的相互作用,通过计算吸附能、电荷转移和灵敏度,分析NH_3在单层AGNR(MAGNR)结构上的最稳定吸附位置,以及3种含氧官能团(羟基、羧基、环氧基)的修饰对传感性能的影响。在此基础上,研究MAGNR结构、双层AGNR(BAG-NR)结构、含氧官能团修饰AGNR(MGO)结构以及MAGNR与MGO堆叠结构(MGO-MAGNR)对NH_3的传感性能。结果表明:NH_3在MAGNR结构碳六环的中心位置吸附最稳定,吸附能(-0.36eV)和电荷转移量(-4×10~(-21 )C)最小;羟基、羧基、环氧基的修饰会使MAGNR结构对NH_3的吸附能分别减小0.39、0.21和0.19eV,传感性能增强;相对于MAGNR结构,BAGNR结构对NH_3的灵敏度始终小于0.1,传感性能降低;相对于MAGNR、MGO、BAGNR这3种结构,NH_3在MGO-MAGNR结构上的吸附能更小,传感性能更好。     

金属有机骨架材料Zr-FUM的低碳烃分离性能

选取高稳定金属有机骨架材料(metal-organic frameworks material,MOF)Zr-FUM作为吸附剂,测试了纯气体CH_4,C_2H_6,C_2H_4,C_2H_2,C_3H_8和C_3H_6的吸附性能;通过单组分的吸附数据,计算了吸附热和吸附选择性;采用变压吸附分离装置对等体积比的CH_4/C_2H_6,C_2H_6/C_3H_8,C_2H_2/C_2H_4及C_2H_4/C_3H_6等4组较难分离的混合气体进行了穿透测试,以考察低碳烃混合气体的分离性能;最后,系统地测试了Zr-FUM的稳定性和循环性能。结果表明:Zr-FUM对这4组混合气体的穿透时间差分别为8,10,5,11min,表现出较好的低碳烃分离能力;在机械压力2 MPa、温度100℃以及水蒸气环境中停留36h时,Zr-FUM结构仍未遭到破坏,有着很好的稳定性;经10次循环分离实验后,Zr-FUM仍然能保持稳定的分离能力,显示出较长的循环寿命。     

扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)电子结构的应力调控

当单轴拉伸应变沿扶手椅型石墨烯纳米带的扶手椅边沿时,利用静力学方法建立石墨烯纳米带的键角、键长与应力的解析关系;利用紧束缚方法对扶手椅边石墨烯纳米带的能带与能隙及应力的关系进行解析计算.研究结果表明:微小应变会导致纳米条带的能带宽度发生变化,并打开金属型扶手椅石墨烯纳米带能隙,费米能级附近的半导体型扶手椅石墨烯纳米带的能隙宽度也相应地发生改变;能隙随应变呈线性的周期变化,并且表现出明显的震荡现象;可达到的最大能隙随应力增大有所增大,随条带横向原子数m增大而减小.     

堆叠方法与堆叠层数对扶手型石墨烯纳米带电子能带的影响

摘要：根据紧束缚模型理论,研究了AA堆叠与AB堆叠的双层扶手型石墨烯纳米带和少层扶手椅型石墨烯纳米带的能带结构,并相应地给出了解析解．改变双层扶手型石墨烯纳米带空间的拓扑结构,能带与能隙也相应地随之变化;另外,当扶手型石墨烯纳米带的带宽n不变时,随着层数的增加,能带结构随之变化,能隙则成指数型减小．     

利用密度泛函理论研究苄硫醇在石墨烯表面的吸附机理

用密度泛函理论方法对C_7H_7SH在纯的、缺陷的和Hg/Pd掺杂的石墨烯表面的吸附机理进行了详细的研究.主要考虑了两种模型:情况1为C_7H_7SH平躺在各种石墨烯表面;情况2为C_7H_7SH垂直地放在各种石墨烯表面,且巯基靠近表面.结果表明,C_7H_7SH初始构型对它们之间的相互作用在某种程度上有一定的影响.情况1较情况2有较大的吸附能.此外,情况1中吸附能的结果显示C_7H_7SH可以更好地与缺陷的、Hg/Pd掺杂石墨烯表面紧密结合.这一结论同态密度、差分电荷密度的分析也是一致的.     

掺杂Pt/Pd石墨烯体系的气体吸附性

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算分析了Pt/Pd 2种过渡金属元素掺杂的石墨烯吸附O2和CO体系的原子和电子结构,对本征石墨烯和掺杂后石墨烯体系吸附气体的吸附能、电荷转移、能带结构和电子态密度进行分析对比.由掺杂前后的结果分析发现,本征石墨烯吸附气体时的吸附能与电荷转移都较小,Pt/Pd原子的掺杂使吸附体系的吸附能和电荷转移显著增大.由于基态Pt原子核外电子d轨道未满,费米能级附近电子态密度较高,而Pd原子核外电子d轨道全满,掺杂Pt原子的石墨烯体系吸附能、电荷转移都比掺杂Pd原子的石墨烯体系大,掺杂Pt原子改善石墨烯气敏性能.     

煤中脂肪族硫醚结构氧化过程机理

应用Gaussian 03程序,采用密度泛函(DFT)方法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下研究煤中脂肪族硫醚结构(C_6H_5CH_2SCH_3)吸附O_2分子及氧化反应过程的能量变化,确定分子间氧化反应机制,为预防煤炭自燃奠定理论基础。由计算结果可知,煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构物理吸附O_2分子形成复合物Ⅰ,形成过程是一个无势垒的过程,在热力学上是稳定的。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构与O2分子的相互作用距离dS-O为2.582A,经CP校正后的相互作用能为-20.60kJ/mol。分析复合物Ⅰ的电子密度变化,可确定其相互作用为范德华力,属于物理吸附。当复合物Ⅰ吸收足够的能量,将进一步发生化学反应。煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构氧化反应共有5条反应路径,Path 4是反应的主反应路径,其产物P_3(C_6H_5CH_2SOH+CH_2O)是反应的主产物。经分析发现:煤中C_6H_5CH_2SCH_3结构易发生初步氧化,仅需12.36kJ/mol的能量,物理吸附一个O2分子释放的能量足以提供,但若要深度氧化将Path 4进行下去,需要再从外界吸收相当于物理吸附5个O_2分子释放的能量。     

rGO/NiO复合纳米纤维的制备及室温气敏性能

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙酸镍(NiC_4H_6O_4·4H_2O)为主要原料,采用静电纺丝技术分别制备纯氧化镍(NiO)纳米纤维及还原氧化石墨烯(rGO)/NiO复合纳米纤维.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对材料的结构和形貌进行了表征.透射电子显微镜观察结果直观证实了rGO/NiO复合纳米纤维中rGO成分的存在,而且rGO复合对NiO纳米纤维的晶体结构及形貌均无明显影响.以H_2S为主要目标气体,研究了rGO复合对NiO纳米管纤维气敏性能的影响,发现rGO复合显著提高了NiO纳米纤维对H_2S气体的敏感性,特别是1.0%rGO复合量的NiO纳米纤维对H_2S气体具有最佳的气敏性能,其对体积分数为10×10~(-6)的H_2S气体的室温灵敏度可达167.11,是纯NiO纳米纤维的23.8倍.     

Fe_3O_4-[(ZnL_2)(H_2O)_2]_2H_2[P_2Mo_5O_(23)]·2H_2O纳米复合粒子的合成及性质

以Fe_3O_4与[(ZnL_2)(H_2O)_2]_2H_2[P_2Mo_5O_(23)]·2H_2O(L=pyridine-2-carboxamide)为原料成功合成了Fe_3O_4-[(ZnL_2)(H_2O)_2]_2H_2[P_2Mo_5O_(23)]·2H_2O纳米复合粒子.通过透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射仪(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、荧光光谱仪(PL)和振动样品磁强计(VSM)对Fe_3O_4-[(ZnL_2)(H_2O)_2]_2H_2[P_2Mo_5O_(23)]·2H_2O纳米复合粒子进行结构和性质研究,结果表明合成的Fe_3O_4-[(ZnL_2)(H_2O)_2]_2H_2[P_2Mo_5O_(23)]·2H_2O纳米复合粒子平均粒径为10.4nm,几乎呈球形,大小较为均匀,室温下显示良好的光学和磁学性能,在黑暗条件下,Fe_3O_4-[(ZnL_2)(H_2O)_2]_2H_2[P_2Mo_5O_(23)]·2H_2O纳米复合粒子能有效吸附有色染料次甲基蓝,该纳米复合粒子在吸附,磁学和生物医学方面都具有潜在应用.     

有机-无机电荷转移配合物[(C_2H_4OH)_2NH_2]_3·[PMo_(12)O_(40)]·2H_2O的合成、结构及性能研究

通过溶液法合成了一种新型的有机-无机电荷转移配合物[(C_2H_4OH)_2NH_2]_3·[PMo_(12)O_(40)]·2H_2O,用红外光谱及X-射线单晶衍射技术对其结构进行了表征,并通过固体漫反射电子光谱及ESR测试了其光学性能.研究结果表明,该配合物在光照过程中发生了分子内的光激发电荷转移,具有优良的光致变色性能.     

掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究

基于第一性原理计算,研究了B/N掺杂对宽度为N(a)=3p+2=11的扶手椅(Armchair)型石墨烯纳米带电子结构和输运性质的影响.杂质的存在使得扶手椅型石墨烯纳米带的能隙增大,并在能隙中出现了一条局域的杂质态能带,杂质的位置也影响其能带结构.另外,杂质的存在还引起输运过程中的电子共振散射,其特点与掺杂种类、掺杂位...     

电化学还原石墨烯用于水合肼的电催化氧化及检测

采用电化学还原技术制备了还原石墨烯.采用扫描电镜、Raman光谱、AFM等技术表征了石墨烯的形貌和结构特征.采用电化学测试技术研究了还原石墨烯修饰电极的电化学性能及对水合肼(N_2H_4·H_2O)的电催化氧化活性.结果表明,该石墨烯电极材料具有优异的电子传导性能.与裸玻碳电极相比,石墨烯修饰电极对水合肼表现出优异的电催化氧化活性.在最佳的实验条件下,将该石墨烯修饰电极用于水合肼的灵敏检测.在1×10~(-5)~1×10~(-4) mol/L范围内,氧化峰电流与水合肼的浓度呈良好的线性关系.该石墨烯修饰电极材料有望用于环境中水合肼等有机小分子的灵敏检测.     

C_2H_6,CH_4在高岭石表面竞争吸附的分子模拟

为阐明C_2H_6/CH_4在高岭石表面的竞争吸附机理,采用蒙特卡洛法模拟计算了C_2H_6/CH_4单组分气体和混合气体在高岭石表面的吸附量、吸附热和相互作用能及其随压力的变化规律,并分析了吸附密度的分布规律。模拟结果表明:C_2H_6/CH_4单组分气体在高岭石的吸附量均呈先增大后趋于平衡的规律,符合Langmuir模型,且相同温度压力条件下,C_2H_6吸附量大于CH_4吸附量;高岭石吸附C_2H_6/CH_4混合气体时,C_2H_6的吸附具有明显的竞争优势;C_2H_6和CH_4的吸附热均小于42kJ/mol,说明C_2H_6和CH_4在高岭石中的吸附属于物理吸附;高岭石和C_2H_6之间的相互作用能大于高岭石和CH_4之间的相互作用能,表明高岭石和C_2H_6具有更强的相互作用;C_2H_6密度分布曲线的峰值大于CH_4,且吸附距离更小,也说明了C_2H_6比CH_4具有更强的吸附能力。研究结果揭示了高岭石对CH_4/C_2H_6混合气体的吸附特性,为阐明C_2H_6和CH_4在黏土矿物中的赋存机理提供了一定的理论基础。     

扶手椅型石墨烯纳米带输运性质的应变调控——以微小应变作用为例

采用非平衡格林函数方法和密度泛函理论的第一性原理,计算外加非轴向微小应变作用下扶手椅型石墨烯纳米带的电子能态密度和透射谱.结果表明,半导体型扶手椅石墨烯纳米带的电子透射系数和能态密度对外加非轴向应变十分敏感,金属型扶手椅石墨烯纳米带的带隙在微小应变下即可打开.     

新型二元相变材料结晶与储热性能的研究

将十二水磷酸氢二钠(Na_2HPO_4·12H_2O)与二水柠檬酸钠(Na_3C_6H_5O_7·2H_2O)以不同质量比例混合,制备一系列配比的新型二元相变材料.通过步冷曲线和DSC测试等手段,探索了其结晶及储热性能.实验表明,这些体系的结晶性能均优于Na_2HPO_4·12H_2O单一体系,且有着较好的储热性能.其中,Na_2HPO_4·12H_2O与Na_3C_6H_5O_7·2H_2O质量比为10∶1和10∶2的复合相变材料过冷度均较低,且能维持较高的相变焓,是应用前景良好的低温相变材料.     

吡啶型正离子与磺酸盐型负离子的混合表面活性剂的研究

1 实验1.1 试剂C_12H_25SO_3Na(化学能,简写C_12S~-Na~+,西安化学试剂厂,含量≥97.0%.C_12H_25C_6H_4SO_3Na(分析纯,简写C_12PhS~-Na~+),北京化学试剂公司,含量≥90.0%.C_16H_33N(C_5H_5)Br·H_2O化学纯,简写:C_16Py+Br~-),北京试剂,含量≥98.0%.C_16H_33N(C_5H_5)Cl·H_2O(化学纯)简写:C_16Py~+Cl~-),上海试剂一厂,含量≥99%.NaBr(化学纯),北京化工厂,含量≥98.0%.     

Fe掺杂石墨烯表面吸附Au:第一性原理

采用第一性原理对Au在Fe掺杂石墨烯表面的吸附特性进行研究,计算掺杂Fe前后石墨烯对Au的吸附能以及石墨烯的局部态密度和电荷分布。结果表明:掺杂Fe增强了Au在石墨烯表面的吸附能,提高了Au与石墨烯间的电荷转移。掺杂Fe后,Fe与Au间形成了共价键,Au与石墨烯间由物理吸附转变为化学吸附。此外,自旋极化计算结果显示Fe掺杂石墨烯-Au体系中自旋向上态密度和自旋向下态密度关于费米能级对称,说明Fe掺杂不会使体系产生磁矩而影响材料性能。此类掺杂有望改善石墨烯载Au纳米颗粒催化剂的催化性能。     

苯磺酸镍配合物的结构及催化性能研究

以C_6H_5SO_3H和NiCO_3·2Ni(OH)_2为原料,采用挥发法,在室温下合成了配合物[Ni(H_2O)_6](C_6H_5SO_3)_2,通过红外光谱、X-射线单晶衍射和热重测定了[Ni(H_2O)_6](C_6H_5SO_3)_2晶体空间结构和热稳定性.测试结果表明,[Ni(H_2O)_6](C_6H_5SO_3)_2配合物属于单斜晶系,P2(1)/n空间群,a=6.9646(9)?,b=6.2868(9)?,c=22.324(3)?,α=90°,β=93.917(2)°,γ=90°,V=975.2(2)?~3,Z=2,含有6个结晶水,且中心离子(Ni~(2+))并未与磺酸基发生直接配位.通过Biginelli反应为探针,考察了[Ni(H_2O)_6](C_6H_5SO_3)_2配合物的催化性能.     

弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子性质的影响

石墨烯纳米带并不是一个完全平整的结构,而是一个准平面结构．为了研究非平整对石墨烯纳米带电子结构的影响,利用紧束缚方法和轨道杂化理论,研究了弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子结构的影响．计算结果表明：扶手椅型石墨烯纳米带电子性质与弯曲的程度有关,且在高能部分影响较大;当纳米带的宽度一定时,随着弯曲程度的增加,能带的带隙随之增加．     

扶手椅型石墨烯纳米带吸附钛原子链的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了扶手椅型石墨烯纳米带(10G、11G、12G和13G)吸附zigzag型Ti原子链的几何结构、电子性质和磁性。结果表明,zigzag型Ti原子链可以稳定吸附在石墨烯纳米带表面。Ti原子链吸附在纳米带的边缘洞位(10G-1、11G-1、12G-1和13G-1)时较为稳定,且稳定程度随着纳米带宽度的增加而增加。Ti原子链吸附在不同宽度石墨烯纳米带的不同位置,呈现不同的电子结构特性。其中,10G-1、10G-2和11G-2的吸附体系表现出半金属特性,其余吸附体系都为金属性质。同时,石墨烯纳米带吸附Ti原子链的体系具有磁性,其磁性主要来源于Ti原子。当Ti原子链吸附在纳米带边缘洞位时,zigzag原子链上A类Ti原子的磁矩总是小于B类Ti原子的磁矩;随着Ti原子链移向纳米带中心,两类Ti原子的磁矩趋于相等。研究结果揭示,通过吸附zigzag型Ti原子链,可以有效调控石墨烯纳米带的电子结构与磁性质。