Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究

本文利用密度泛函理论研究了Rh原子在（6,6）单壁碳纳米管内外的吸附行为. 通过对Rh在单壁碳纳米管上不同吸附位的吸附构型与吸附能的研究发现: Rh吸附在管内、外的洞位最稳定, 且管外吸附比在管内强. 这是由于单壁碳纳米管的卷曲效应使得管外电荷密度比管内大造成的. 态密度分析表明, 吸附在管内外的Rh原子的5s电子均转移到了4d轨道上; Rh原子4d轨道上的电子转移到了（6, 6）碳管上, 使Rh带正电, 碳管带负电. 结合能带分析表明, Rh原子吸附在管内磁性较弱, 而吸附在管外较强. 关键词： 密度泛函理论 单壁碳纳米管 Rh原子 吸附     

曲率对Rh在锯齿型单壁碳纳米管内外吸附影响的研究

利用密度泛函理论系统的研究了单壁碳纳米管的曲率对Rh原子在锯齿型碳管内外的吸附行为, 发现Rh原子在管外吸附比管内稳定; 随着碳管管径的增加, 曲率减小, 管内外吸附能的差值逐渐减小, 接近Rh原子在石墨烯上的吸附能. 电荷密度分析表明, 由于卷曲效应使碳纳米管管外的电荷密度大于管内, 随着曲率减小, 这种差别逐渐减小. 管内外吸附Rh原子的Bader电荷差值及局域态密度差别亦随着曲率的下降而减小, 这与Rh原子在管内外吸附能的变化规律相一致.     

曲率对Rh在锯齿型单壁碳纳米管内外吸附影响的研究

利用密度泛函理论系统的研究了单壁碳纳米管的曲率对Rh原子在锯齿型碳管内外吸附行为的影响,发现Rh原子在管外吸附比管内稳定;随着碳管管径的增加,曲率减小,管内外吸附能的差值逐渐减小,接近Rh原子在石墨烯上的吸附能.电荷密度分析表明,由于卷曲效应使碳纳米管管外的电荷密度大于管内,随着曲率减小,这种差别逐渐减小.管内外吸附R...     

缺陷碳纳米管限域金属Ti原子的理论研究

基于密度泛函第一性原理研究了金属原子Ti在原始、单空位缺陷(SV)、Stone-Wales(SW)缺陷碳纳米管内外的吸附情况.我们的计算结果表明金属Ti原子在缺陷碳纳米管内外结合能的排列顺序为:SVSW-zSW-xpristine(外吸附),SVSW-xSW-zpristine(内吸附).同时,我们通过吸附结构、电子密度和态密度等分析了Ti原子与碳纳米管的作用机制.其中,SV缺陷碳纳米管由于失去一个碳原子而形成了的三个悬键具有很强的结合能力,金属原子Ti在SV缺陷碳纳米管内外的吸附能力都是最强的.对于SW缺陷的碳纳米管,由于缺陷的位置不同,对于金属原子Ti内外吸附的能力也是不同的.因此,缺陷的存在能调节碳纳米管载体对Ti原子的吸附性能.     

卷曲效应对单壁碳纳米管电子结构的影响

利用计入卷曲效应的单壁碳纳米管(SWCNT)的能量色散关系,计算最低导带的电子速度及有效质量,并与不计入卷曲效应的结果进行了比较.计算结果表明:卷曲效应对电子速度及有效质量的影响与SWCNT的类型密切相关,金属锯齿型SWCNT对卷曲效应最为敏感,其次是扶手椅型SWCNT,最不敏感的是半导体锯齿型SWCNT.由此可以推断,卷曲效应对金属锯齿型SWCNT电子结构及低偏压输运特性影响最大,其次是扶手椅型SWCNT,影响最不明显的是半导体锯齿型SWCNT.这些结果与实验测量及密度泛函理论计算结果完全一致. 关键词： 单壁碳纳米管 卷曲效应 电子速度 电子有效质量     

钴修饰单壁碳纳米管的贮氢性能

本文利用密度泛函理论中的广义梯度近似系统地研究了Co原子修饰的(5,5)单壁碳纳米管(SWCNT)的贮氢性能.结果表明:Co原子以桥位的形式吸附于(5,5)SWCNT表面能量最低,在Co原子周围可以吸附3个完整的氢分子,Co原子的修饰提高了(5,5)SWCNT对氢分子的吸附能力.态密度图显示(5,5)SWCNT具有金属性,磁矩为0,Co-SWCNT和Co-SWCNT·n H_2(n=1-3)的磁矩为1μB,氢分子的吸附未改变体系的磁性.Co-SWCNT·3H_2的氢分子平均吸附能为0.51 e V,适中的吸附能有利于常温常压下实现可逆贮氢.     

封装进过渡金属原子的单壁碳纳米管:密度泛函理论研究

运用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)的非平衡格林函数(NEGF)方法对过渡金属原子嵌入后的单壁碳纳米管(SWCNT)的电子输运性质进行了研究.构建并优化不同过渡金属原子填充进不同类型碳纳米管的模型,研究其对应的电荷和自旋传输性质.发现所有体系都在费米面附近出现自旋相关的电导下降峰,数值为一个量子电导(2e2/h).碳管内封装两个铁原子的体系,磁性状态的改变导致不同的电输运行为,这一性质提供了新的有前景的方法来检测原子尺度上的磁特性.     

CO2在金属有机骨架材料有机链上的吸附机理研究

金属有机骨架是一种新型的温室气体CO₂吸附材料。本文采用密度泛函理论（DFT）方法研究CO₂在MOF-5有机链上的6种不同吸附位置及其3种不同构型下的吸附行为。考虑GGA水平下三种不同泛函对计算结果的影响,对比发现GGA/PW91泛函能够较好地计算CO₂分子与有机链原子之间的弱范德华力;发现CO₂分子与苯环边相交以及与苯环上的碳原子平行是两种吸附能最大的构型;利用Br原子替代苯环上的H原子可以显著增强对CO₂分子的吸附能力,为设计具有较高CO₂吸附能力的MOFs材料提供理论依据。     

N2H4在NiFe(111)合金表面吸附稳定性和电子结构的第一性原理研究

采用基于色散校正的密度泛函理论进行了第一性原理研究, 详细分析了肼(N₂H₄)在Ni₈Fe₈/Ni(111)合金表面稳定吸附构型的吸附稳定性和电子结构及成键性质. 通过比较发现, 肼分子以桥接方式吸附在表面的两个Fe原子上是最稳定的吸附构型, 其吸附能为-1.578 eV/N₂H₄. 同时发现, 肼分子在这一表面上吸附稳定性的趋势为: 桥位比顶位吸附更有利, 且在Fe原子上比在Ni原子上的吸附作用更强. 进一步分析了不同吸附位点上稳定吸附构型的电子结构、电荷密度转移以及电子局域化情况. 结果发现: 相同吸附位点的电子态密度图基本一致, 并且N原子的p轨道和与之相互作用的表面原子的d轨道之间存在态密度上的重叠; 吸附后电荷密度则主要从肼分子转移到表面原子之上; 在电子局域化函数切面图中也发现吸附后电子被局域到肼分子的N原子和相邻的表面原子之间. 这些电子结构的表征都充分说明肼分子与表面原子之间通过电荷转移形成了强烈的配位共价作用.     

N_2在单原子催化剂Ir/MoS_2表面上吸附的第一性原理研究

利用密度泛函理论,在slab模型下,研究N_2在单原子催化剂Ir_1/MoS_2上的吸附行为,结果表明,N_2的优势吸附位为Ir原子的顶位,构型为垂直向下,吸附能达到1.57 eV,是化学吸附.电子结构说明主要是吸附N原子的2Pz轨道在Z方向上与Ir的5d_z~2、5d_(xz)、5d_(yz)、6P_z混合得以使N_2稳定吸附在Ir原子上.     

Structural, curvature and electronic properties of Rh adsorption on armchair single-walled carbon nanotube

This paper systematically studies the rolling effects of the (n, n) single-wall carbon nanotubes (SWCNT) with different curvatures on Rh adsorption behaviours by using density functional theory. The outside charge densities of SWCNTs are found to be higher than those inside, and the differences decrease with the increase of the tube radius. This electronic property led to the discovery that the outside adsorption energies are higher than the inside ones, and that the differences are reduced with the increase of the tube radius. Partial density of states and charge density difference indicate that these strong interactions induce electron transfer between Rh atoms and SWCNTs.     

金原子掺杂的碳纳米管吸附CO气体的密度泛函理论研究

鉴于碳纳米管复合材料具有较强气敏性,该性质对于指导剧毒气体探测器的研发具有重要意义,因此,本文采用密度泛函方法对CO气体在本征、金原子掺杂(8,0)单壁碳纳米管的吸附行为进行研究. 通过对吸附体系的几何、电子结构研究表明,CO分子在金原子掺杂的碳纳米管外壁的金原子位置处的吸附能力远大于CO在本征碳纳米管处的吸附,此外,还计算了两种典型位置的电子密度、态密度,进一步支持了掺金碳纳米管对CO气体具有超强的敏感性,因此,金原子掺杂的碳纳米管有望成为探测CO气体的新一代气敏元件. 关键词： 碳纳米管 CO 金原子 掺杂     

碳纳米管吸附铜原子的密度泛函理论研究

采用密度泛函方法对铜原子在有限长（5,5）椅型单壁碳纳米管的吸附行为进行了研究.计算结果表明,铜原子吸附在管外壁要比吸附在管内壁能量上更为有利,在管外壁碳原子顶位吸附最佳,属于明显的化学吸附.且用前线轨道理论对其成键特性进行了分析,表明在顶位吸附时主要由铜原子的4s轨道电子与碳纳米管中耦合的σ-π键形成新的σ键.此外还对比计算了两种典型位置电子密度,发现顶位吸附的成键中有更大的电子云重叠.进一步表明在某些情况下铜碳原子可以成键. 关键词： 碳纳米管 铜原子 成键特性     

A DFT study on the interaction between europium,uranium and SWCNT

We investigate the electronic and band structure for the (8; 0) single-wall carbon nanotube (SWCNT) with a europium (Eu) and a uranium (U) atom outside by using the first-principles method with the density functional theory (DFT). The calculated band structure (BS), total density of state (TDOS), and projected density of state (PDOS) can elucidate the differences between the pure (8; 0) SWCNT and the nuclei outside the SWCNT. The indirect band gaps are obtained when Eu and U atom are put outside the (8; 0) CNT; they are 0.037 eV and 0.036 eV, respectively, which is much smaller than 0.851 eV for pure CNT. Compared with pure (8; 0) SWCNT, the bottom of the conduction band moves down by 0.383 eV and 0.451 eV with the Eu and U outside, and the top of valence band moves up by 0.127 eV and 0.162 eV, respectively. More significantly, the top of the valence band has exceeded the fermi-level. So, a single nucleus changes the semiconductor character of pure nanotube to semi-metal.     

Interaction of alkanethiols with single-walled carbon nanotubes: First-principles calculations

We report the results of our first-principles study based on density functional theory on the interaction of alkanethiols with both defected and defect-free single-walled carbon nanotube (SWCNT). The adsorption energies are calculated for various configurations such as alkanethiol molecule approaching to defect sites heptagon, hexagon, and pentagon in defective tube, and another case where the alkanethiol approaching to hexagon in defect-free nanotube. The calculated results showed that alkanethiols are rather strongly bound to the outer surface of both the defected and defect-free carbon nanotubes with the binding energy of about −50.58 kcal/mol, consistent with the experimental result. We also find that alkanethiols prefer to be adsorbed on the hexagon ring site of defect-free nanotube. Furthermore, the effect of alkanethiols chain length on the adsorption of alkanethiols on carbon nanotubes has been investigated, and the obtained results reveal that the longer alkanethiols bind rather more strongly to the nanotube surface.     

Carbon dioxide detection by boron nitride nanotubes

The effect of gas molecule adsorption is investigated on the density of states of (9,0) zigzag boron nitride nanotube within a random tight-binding Hamiltonian model. The Green function approach and coherent potential approximation have been implemented. The results show that the adsorption of carbon dioxide gas molecules by boron atoms only leads to a donor type semiconductor while the adsorption by nitrogen atoms only leads to an acceptor. Since the gas molecules are adsorbed by both boron and nitrogen atoms, a reduction of the band gap is found. In all cases, increasing the gas concentration causes an increase in the height of the peaks in the band gap. This is due to an increasing charge carrier concentration induced by adsorbed gas molecules.     

Adsorption on the carbon nanotubes

Adsorption on single walled carbon nanotubes (SWCNTs) is a subject of growing experimental and theoretical interest. The possible adsorbed patterns of atoms and molecules on the single-walled carbon nanotubes vary with the diameters and chirality of the tubes due to the confinement. The curvature of the carbon nanotube surface enlarges the distance of the adsorbate atoms and thus enhances the stability of high coverage structures of adsorbate. There exist two novel high-coverage stable structures of potassium adsorbed on SWCNTs, which are not stable on graphite. The electronic properties of SWCNTs can be modified by adsorbate atoms and metal-semiconductor and semiconductor-semi-conductor transitions can be achieved by the doping of alkali atoms.