沸石类咪唑骨架材料吸附分离天然气的分子模拟

采用巨正则蒙特卡洛方法研究C₂H₆, CO₂和CH₄三种气体在两种沸石类咪唑骨架材料 (ZIF)-ZIF-2和ZIF-71中的吸附与分离性能. 考察了C₂H₆, CO₂和CH₄三种气体在ZIF-2和ZIF-71中的单组分吸附等温线、吸附热; C₂H₆-CH₄, CO₂-CH₄ 与C₂H₆-CO₂等摩尔二元混合物的分离; 以及C₂H₆-CO₂-CH₄三元体系的分离性能. 研究结果表明: 低压下不同气体的吸附量大小与其吸附热关系紧密; 而高压下因有限的孔空间, 尺寸较小的气体分子吸附量增长趋向更快; 多组分吸附分离中, 低压下能量效应通常占据主导, ZIF优先吸附作用力较强的组分; 高压下堆积效应影响显著, ZIF会优先吸附尺寸较小的组分. ZIF-2和ZIF-71对这3种二元体系的分离性能良好. 对于三元混合物吸附分离, 在常温下3000-4000kPa范围内, ZIF-2具有良好的天然气净化性能, 可有效地分离出天然气中的C₂H₆和CO₂. 关键词： 巨正则蒙特卡洛模拟 天然气分离 沸石类咪唑骨架     

理论研究过渡金属原子修饰石墨炔材料的功能性

采用基于密度泛函理论中第一性原理方法分别对石墨炔负载过渡金属原子(M-gra)体系的稳定构型以及对多种气体小分子的灵敏度和选择性进行理论研究.计算结果表明金属原子吸附在孔洞结构的H2位具有高稳定性,不同种类的金属原子能够有效调控石墨炔体系的电子特性和具有不同的磁矩.比较气体分子的吸附能大小,M-gra衬底对O和OH表现出高的灵敏度,单个NO、NO₂和O₂的稳定性高于CO分子.此外,小分子吸附的M-gra体系具有金属、半金属和半导体特性,在电子和气敏器件领域具有潜在应用.     

石墨烯吸附Al2Cl6分子的第一性原理与Monte Carlo研究

采用第一性原理与蒙特卡罗方法研究Al₂Cl₆气体分子在石墨烯表面的吸附性能与光电性质，结果表明：(1)石墨烯对Al₂Cl₆气体分子具有较强的物理吸附作用，两个Al原子的连线与石墨烯平面近乎平行且两个Al原子处于紧靠顶位的桥位位置时最稳定；(2)温度升高不利于Al₂Cl₆气体分子吸附并存在阶跃式降低，气体逸度增加有利于吸附并存在阶跃式升高，Al₂Cl₆气体分子插入石墨/双层石墨烯/多层石墨烯宜将温度维持在AlCl₃沸点附近，并增加气体的压力；(3)Al₂Cl₆的吸附对石墨烯的电子结构进行了调控，但没有明显改变石墨烯费米能级附近的态密度以及“赝能隙”;(4)Al₂Cl₆的吸附对体系光学参数的影响十分明显，静态介电常数提高近5倍，使体系屏蔽效应有较大增强，在长波波段的吸收性能、反射性能及光电导也有了明显提升.     

单层膜体吸收与界面吸收研究

采用热透镜测量方法进行了SiO₂和HfO₂单层膜的体吸收与界面吸收分离研究.首先推导了光从薄膜侧及基底侧入射时单层膜内的驻波场分布,给出了单一厚度薄膜分离体吸收和界面吸收的计算方程式以及求解薄膜消光系数的方法.利用电子束蒸发工艺制备了半波长光学厚度(λ=1064 nm)的SiO₂和HfO₂单层膜,通过热透镜的测量数据实际分离了两种薄膜的体吸收和界面总吸收.计算结果表明,对于吸收小至10^{-6关键词： 驻波场理论 光热技术 薄膜吸收 消光系数}     

V2CO2MXene从CO2/N2混合气体中选择性吸附CO2的第一性原理计算

二氧化碳作为温室气体中最重要的组成部分,其含量的变化将直接影响全球气候变化,在燃烧后气体中选择性捕获CO₂,对减缓因CO₂浓度过高引发的环境问题具有十分重要的意义.本文采用第一性原理计算的方法,研究了V₂CO₂ MXene材料对CO₂的选择性吸附性能.首先研究了不同官能团V₂CT_X MXene材料的结构和性质,发现V₂CO₂具有良好的稳定性.后研究了V₂CO₂对CO₂的吸附行为,结果表明,当CO₂被水平吸附时,V₂CO₂对CO₂气体分子的吸附能力较强且均满足在高性能吸附剂表面吸附CO₂的理想值(-0.42 eV-0.82 eV),可以适用于探测/捕获CO₂气体分子.此外,进一步研究了相同条件下V<...     

不同气体组分的PS-PVD射流光谱诊断

采用发射光谱分析不同气体组分的等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)射流,通过Abel转换得出射流径向各点处的光谱强度,比较和分析射流中不同气体的成分分布。采用多谱线斜率法研究不同气体组分的射流在径向距离上电子温度的变化,通过H_β谱线的stark展宽计算径向上电子密度的分布。结果表明：Ar/H₂气体中,H₂在焰流中心区域(0～30 mm)分布较为均匀,但在焰流中心稍靠外的区域(30～60 mm)随着径向距离的增加而增加;加入He后,Ar和H₂在焰流中心处浓度较低并在一定范围内随着径向距离的增加而增加,He往焰流中心聚集;不同气体组分的电子温度和电子密度随着径向距离的增加而降低,同时受到H₂和He的影响。     

(H2O)6的稳定结构及异构过程研究

(H₂O)₆是形成三维立体结构的最小水分子团簇并具有能量较低的多个稳定异构体.本文利用从头计算方法研究了各稳定结构的异构化过程.(H₂O)₆的环状结构与最稳定结构的能量差0.31 eV为一个氢键的键能.水分子团簇的异构化是分子间氢键打开或重组的过程,不同异构体之间的转化每次只涉及一个氢键的打开或重组,异构化的能垒高度在0.07—0.21 eV之间. 关键词： 水分子团簇 2O)₆')" href="#">(H₂O)₆ 异构化过程 从头计算     

电场作用下S修饰C24N24从CO2/N2混合气体中选择性吸附CO2的第一性原理计算

在燃烧后气体中选择性捕获CO₂,对减缓因CO₂浓度过高引发的环境问题具有十分重要的意义.本文采用第一性原理计算的方法,研究了外加电场作用下S修饰C₂₄N₂₄富勒烯(S@C₂₄N₂₄)对CO₂的选择性吸附性能.首先研究了S@C₂₄N₂₄的结构和性质,发现其具有良好的稳定性.其次,研究了无电场时S@C₂₄N₂₄对CO₂的吸附行为,发现其吸附为弱的物理吸附.另外,进一步研究了外加电场作用下S@C₂₄N₂₄对CO₂的吸附行为.结果表明,结合距离(CO₂与S)和CO₂的键角(O=C=O)随电场的增大而减小;当电场增加到0.018 a.u.时,物理吸附转变为化学吸附.关闭电场时,化学吸附又转化为物理吸附.此外,即使在相同的电场条件...     

SeOx(x=1,2)的从头算势能曲线和光谱常数

采用从头算的多种方法和基组优化计算SeO_x(x=1,2)自由基的基态结构、谐振频率及离解能,优选出QCISD(T)/6-311+G(2df)、B3LYP/6-311G(3d2f)方法分别对SeO、SeO₂自由基进行计算,计算结果与实验结果吻合很好.对SeO自由基拟合出Murrell-Sorbie势能函数参数,计算出SeO自由基的光谱常数和力常数.计算出SeO₂自由基力常数,导出SeO₂自由基的多体展式势能函数,发现SeO₂自由基对称伸缩振动势能图中在对称的O+SeO→SeO₂反应通道上有一鞍点,其活化能约为48.24 kJ·mol^-1,O原子需要越过0.5 eV的能垒才能生成SeO₂的稳定结构.     

Si改性MoS2对g3环保气体典型分解组分的吸附特性研究

g3(green gas for gird)环保气体(C₄F₇N/CO₂混合)作为SF₆最具潜力的新型环保绝缘替代气体,近几年来受到了广泛关注.通过分析g3气体绝缘组合开关设备中的分解组分来检测局部放电、过热等缺陷故障,对于电力设备运行状态的评估和诊断具有重要作用.本文提出利用Si原子掺杂改性来提高MoS₂的气敏和吸附性能,并基于密度泛函理论(DFT)的计算方法,通过吸附能、电荷转移、态密度和局部态密度等参数指标,探究了本征MoS₂、Si改性MoS₂(Si-MoS₂)对g3气体典型分解组分—COF₂、CF₄、CF₃CN的吸附气敏机理.分析表明Si原子在MoS₂表面具有稳定的掺杂结构,相比本征MoS₂,Si原子改性之后的MoS₂的导电性得到了有效增强;Si-MoS₂     

连续辉光放电波导型远红外氘化氰激光器输出性能优化

简要介绍了EAST 装置远红外激光干涉仪光源--DCN 激光器的工作原理、结构和相关改进。DCN 激光器采用He、CD₄、D₂ 和N₂ 4 种工作气体。实验过程中,通过调节气体压强和阴极电流、改变各种工作气体配比等手段优化DCN 激光器输出功率。实验结果显示：输出功率随电流的增大会达到饱和,在电流为1.0A 输出功率达到最大;输出功率随压强先增大后减小,在压强为32Pa 时达到最大值;工作气体的最佳配比为He: CD₄: D₂: N₂=2: 3: 5: 3。     

CH4或CH4+Ar介质阻挡放电中的离子能量和类金刚石膜制备

实验上，利用纯CH₄及CH₄+Ar在几百帕量级气压下的介质阻挡放电 制备类金刚石膜，研究了气压p与放电间隙d乘积(pd值)以及Ar的体积百分比R_Ar 对膜硬度的影响.理论上，从离子与气体分子的双体碰撞出发，利用较高折合电场强度E/n( 电场强度与粒子数密度之比)下离子及中性粒子速度分布的双温模型、离子在其他气体中运 动时遵守的朗之万方程及离子在混合气体中运动时遵守的布兰克法则，对CH⁺4和Ar⁺离子能量进行了分析.结果表明：1)CH₄介质阻挡 放电中，pd值由1.862×10³Pa mm降低至2.66×10²Pa mm时，CH+₄能量由5.4eV增加到163eV，类金刚石膜硬度由2.1GPa提高到17.6GPa ; 2) 保持总气压p=100Pa,放电间距d=5mm不变，在CH₄中加入Ar气，当R_Ar 由20％增加至83%时，CH⁺₄的能量由69eV增加到92eV,而Ar＋能量由93eV降低至72eV.虽然CH⁺₄能量增加有助于提高 沉积膜硬度，但当R_Ar大于67%，高强度Ar⁺轰击会导致膜表面石墨 化，膜硬度降低.为了验证离子能量理论模型的正确性，实验测量了H₂介质阻挡 放电中离子能量，测量结果与理论计算之间最大相对误差为16%. 关键词： 离子能量 介质阻挡放电 类金刚石膜     

二己二硫醚多层膜局域结构的近边x射线吸收精细结构研究

利用多重散射团簇(MSC)方法计算了二己二硫醚［CH₃(CH₂)₅S］₂单分子和多分子硫原子近边x射线吸收精细结构(NEXAFS)谱，给出了二己二硫醚多层膜的局域结构模型. MSC研究显示多层膜中二己二硫醚分子作平行有序排列，彼此相距0.47nm，其横截面呈规则的正方形. 利用离散变分Xα方法计算了二己二硫醚单分子和多分子的电子结构，验证了MSC的计算结果；并阐明了NEXAFS谱中各峰的物理起源. 对多层膜中分子之间的相互作用进行了讨论，发现多层膜的局域结构有分子自组装的特性. 关键词： 3(CH₂)₅S］₂多层膜')" href="#">二己二硫醚［CH₃(CH₂)₅S］₂多层膜 近边x射线吸收精细结构 多重散射团簇方法 离散变分Xα方法     

氮化铌表面氧化物的XPS研究

本文用X射线光电子能谱(XPS)对室温下自然氧化和射频氧化的氮化铌薄膜表面进行了成分分析。指出:与在类似条件下纯铌膜的氧化不同,NbN膜的表面氧化物中不存在NbO和NbO₂,而是以Nb₂O₃作为从NbN到Nb₂O_5-y的过渡相。氮化铌在氧化过程中表现出一种抑制Nb₂O,NbO等低价传导性氧化物生成的能力,这对于用氧化物作势垒的超导隧道结的研制具有实际参考价值。 关键词：     

汞在Ti2NO2 MXene表面吸附氧化的第一性原理计算

汞是一种有毒的重金属，在生产生活中以各种形式排放的汞对生态及人类健康都存在一定程度的威胁.因此，寻找高效的汞吸附剂具有十分重要的意义.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了汞在Ti₂NO₂(MXene)和具有一个氧空位缺陷的Ti₂NO₂(Ov-Ti₂NO₂)上的吸附和氧化机理.计算结果表明Hg⁰在Ti₂NO₂表面的吸附为物理吸附，在Ov-Ti₂NO₂表面为化学吸附. Ti₂NO₂表面氧空位的存在可以改善HgO与Ov-Ti₂NO₂之间的相互作用，从而使吸附能提高116 kJ/mol. Hg⁰在Ov-Ti₂NO₂表面氧化为HgO的反应能垒为92.55 kJ/mol,小于其在Ti_2<...     

氢分子在Na2Al6团簇上的吸附和解离性能

氢的物理和化学吸附是氢存储的基本形式，而H₂分子的解离能垒是决定可逆储氢动力学性能的重要因素.纳米团簇是研究材料储氢性能的重要物质层次，研究氢与Na-Al团簇的相互作用性质能够了解纳米尺度的Na-Al氢化物的储氢性能.本文利用密度泛函理论，计算研究了H₂分子在较小的合金团簇Na₂Al₆上的吸附与解离性能.结果表明H₂分子在Na₂Al₆团簇上是弱的物理吸附，但很容易发生解离.氢分子的解离能垒很低，解离可以在环境温度下发生，纳米结构的Na₂Al₆团簇具有良好的化学储氢性能.     

碰撞诱导离解(CID)(Ⅱ)——I2(B3∏o+u)在高振动态(v′=62)的碰撞猝灭机理实验研究

本文研究了B³∏_o+u激发态I₂分子在高振动态v′=62时的碰撞猝灭过程。实验中得到了该能级I₂分子和其自身以及与其他气体分子(He,Ar,Kr,H₂,CO,N₂,O₂,CH₄,NH₃,C₂H₆,CCl₄)的碰撞猝灭速率常数,并且发现,在I关键词：     

Hf-N体系的晶体结构预测和性质的第一性原理研究

为了寻找具有优异力学性能的新型超高温陶瓷材料, 结合进化算法和第一性原理, 系统研究了Hf-N二元体系所有稳定存在的化合物及其晶体结构. 除了实验已知的岩盐结构的HfN之外, 本文还找到了Hf₆N(R-3), Hf₃N(P6₃22), Hf₃N₂(R-3m), Hf₅N₆(C2/m)和Hf₃N₄(C2/m)五种新结构, 基于准简谐近似原理计算了这些稳定结构的声子谱以验证其动力学稳定性, 常温甚至更高温度下的吉布斯自由能以验证其高温热力学稳定性. 结果表明, 这些结构是动力学稳定的, 且在1500 K以下都是热力学稳定的. 同时, 本文还列出了在搜索过程中出现的空间对称性较高、能量较低的亚稳态结构, 包括Hf₂N(P4₂/mnm), Hf₄N₃(C2/m), Hf₆N₅(C2/m), Hf₄N₅(I4/m), Hf₃N₄(I-43d)和Hf₃N₄(Pnma). 之后计算了上述所有结构的力学性质(弹性常数、体模量、 剪切模量、 杨氏模量、硬度), 随着N 所占比例的增加, 硬度呈现的整体趋势是先增大后下降, 在Hf₅N₆处取得最大值, 为21 GPa. 其中Hf₃N₂和Hf₄N₅也展现出了较高的硬度, 都为19 GPa. 最后, 计算了这些结构的电子态密度和晶体轨道汉密尔顿分布, 从电子结构的角度分析了力学性能的成因. 研究结果显示, 较强的Hf-N共价键和较低的结构空位率是Hf₅N₆具有优异力学性能的主要原因.     

MgB2 超薄膜的制备和性质研究

利用混合物理化学气相沉积法在6H-SiC(001)衬底上制备干净的MgB₂超导超薄膜.在本底气体压强、载气氢气流量等条件一定的情况下,改变B₂H₆流量及沉积时间,制备得到不同厚度的系列MgB₂超薄膜样品,并研究了超导转变温度T_c、剩余电阻率ρ_(42K)、上临界磁场H_c2等与膜厚的关系.该系列超薄膜沿c轴外延生长,随膜厚度的变小,T_c(0)降低,ρ_(42K)升高.膜在衬底上的生长遵循Volmer-Weber岛状生长模式.对于厚度为7.5 nm的MgB₂超薄膜,T_c(0) =32.8 K,ρ_(42K) =118 μΩcm,是迄今为止所观测到的厚度为7.5 nm的MgB₂超薄膜最高的T_c值;对于厚度为10 nm的MgB₂膜,T_c(0)=35.5 K,ρ_(42K)=17.7 μΩcm,上临界磁场μ₀H_c2估算为12 T左右,零磁场、4 K时的临界电流密度J_c=1.0×10⁷ A/cm²,是迄今为止10 nm厚MgB₂超薄膜的最高J_c值,且其表面连接性良好,均方根粗糙度为0.731 nm.这预示MgB₂超薄膜在超导纳米器件上具有广阔的应用前景. 关键词： 2超薄膜')" href="#">MgB₂超薄膜 薄膜生长 氢气流量 混合物理化学气相沉积     

Al2O3吸附[Cu(H2O)6]2+基团的自旋哈密顿参量和四角畸变

采用微扰方法和对角化完全能量矩阵法计算了Al₂O₃粉末吸附的四角对称[Cu(H₂O)₆]²⁺基团的自旋哈密顿参量（g因子g∥,g_⊥和超精细结构常数A_∥和A_⊥）. 计算结果表明用这两种理论方法计算的自旋哈密顿参量很接近,并且都与实验结果比较一致. 表明这2种方法都可用于晶体中3d9离子基团的自旋哈密顿参量的研究,通过计算,我们还获得了[Cu(H₂O)₆]²⁺基团四角畸变的大小,并对结果进行了讨论.