单壁碳纳米管储氢行为的模拟计算研究

利用碳纳米管储氢已经成为了纳米科技领域中的一项研究热点.为了认识碳纳米管的动态储氢过程,本文借助于分子动力学方法,对单壁碳纳米管的储氢行为进行了模拟计算,其结果生动逼真,并得出了储氢的如下结论:被吸附的氢分子主要出现在管内和管外的边缘附近;管内氢分子的分布出现分层现象,且管径越小,则靠近管壁的氢分子分层现象越明显;在管内外靠近管壁处的氢分子与管壁有一定的空隙.这为进一步研究碳纳米管的储氢机理和储氢容量等问题提供了必要的依据.     

单壁碳纳米管储氢密度计算与分析

借助于分子动力学方法,对单壁碳纳米管的储氢过程进行了模拟.根据得到的管内外H2分子的分布规律,计算了H2分子密度分布曲线,对其结果给出了理论分析和物理解释,提出了单壁碳纳米管储氢的多层吸附机制,定量地计算了碳纳米管储氢量(wt.;).这些为进一步研究单壁碳纳米管储氢问题提供了必要的理论依据.     

对硝基苯酚在碳纳米管上的吸附行为研究

本文以高比表面积、强吸附能力的碳纳米管为对象,研究水溶液中碳纳米管吸附对硝基苯酚的特性,采用FTIR和TEM对吸附结果进行了对比分析,探讨了初始浓度、温度等因素对吸附量的影响,测定了不同温度、浓度下的吸附量,分别采用Langmuir方程和Freundlich方程进行拟合,根据不同温度下的吸附等温线计算了吸附热力学函数ΔG、ΔH及ΔS,并据此探讨其可能的吸附机理。研究表明:吸附量随初始浓度的增加而增加,碳纳米管对对硝基苯酚的吸附符合Freundlich方程,吸附为放热、熵增的自发过程,具有物理吸附特征。     

新型碳纳米管材料吸附剂性能研究

本文研究了碳纳米晶体材料-多壁碳纳米管作为新型挥发性有机化合物采样吸附剂的性能和效果.实验结果表明,碳纳米管比表面积较大,对VOCs回收率高,有更强的吸附能力;本底低,干扰少,再生性能良好,可重复使用,不易老化;机械强度好,化学惰性,更能耐高温且有较长的寿命;采样管采集VOCs时对低碳数的化合物,采样稳定性好;具有较大的穿透容量,用于富集不同浓度不同体积的大气样品,能够有效防止采样过程中发生穿透现象,所以碳纳米管作为大气中挥发性有机化合物采样吸附剂具有巨大潜力.     

最优实验条件下碳纳米管膜电极的制备

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在附着有催化剂的石墨片衬底上原位沉积了碳纳米管膜电极.通过正交设计方法综合研究了反应温度、镍膜厚度、沉积时间、甲烷流量对碳纳米管膜电化学性能的影响.结果表明:不同条件下制备的碳纳米管膜的电化学性能有很大差异,其中起主要作用是甲烷流量和反应温度.保持工作压强(6.5×103 Pa)和氢气的流量(100 sccm)不变,温度为700~800 ℃时,甲烷流量为5 sccm,Ni膜厚度为150 nm,生长时间为5 min,所得碳纳米管膜电极电化学性能最佳,氧化峰电流最大,达到14 nA.     

水热法合成Ni(OH)2/SiO2催化剂制备碳纳米管:镍含量对碳纳米管管径和产率的影响

以硝酸镍和正硅酸乙酯为主要原料，采用前驱物水热法制得不同镍含量的纳米Ni(0H)2／SiO2复合粉体，用复合粉体做催化剂催化裂解C2H2制得多壁碳纳米管粗产物。研究表明：在复合粉体Ni(OH)2／SiO2催化剂中，硅镍比在一定范围内(1：2～1：14)，随着镍含量增加，粒径增大，结晶程度提高，催化剂活性先提高后下降，制得的碳纳米管纯度及产量先增后降，碳管的管径分布范围先窄后宽。催化剂硅镍比为1：12时，制得的碳纳米管纯度高，管径细而均匀(10～18nm)，且粗产物数量较多(1g催化剂合成3．3g碳纳米管粗产物)。     

辉光放电对负偏压增强热丝化学气相沉积碳纳米管的准直生长作用研究

利用负偏压增强热丝化学气相沉积在不同的负偏压和压强下,在沉积有不同厚度NiFe膜的Si衬底上制备了碳纳米管,并用扫描电子显微镜研究了它们的生长.发现在无辉光放电的情况下,碳纳米管弯曲生长,而在辉光放电时,碳纳米管准直生长,表明辉光放电对碳纳米管的准直生长起到了重要的作用.由于辉光放电的产生,在衬底表面附近形成很强的电场.相对无辉光放电时的电场,场强提高了两个数量级.本工作详细地研究了辉光放电对碳纳米管的准直生长作用.     

羟基磷灰石/碳纳米管复合材料的制备及表征

主要研究了原位合成法制备羟基磷灰石/碳纳米管复合材料过程中不同因素对最终产物的影响.研究发现浓硝酸氧化处理可以在碳纳米管表面缺陷处引入大量羧基与羟基,这些官能团一方面可以提高碳纳米管在水中的分散性,另一方面在溶液中可以吸附钙离子,进而原位合成复合材料.XRD分析表明pH值是复合材料制备过程中的关键因素,pH＞10时,复合材料中仅有碳纳米管和羟基磷灰石两种物相,其中纳米级的短棒状羟基磷灰石均匀吸附在碳纳米管表面,与之形成较强的界面结合;pH值小于8时,复合材料由层片状的CaHPO4·2H2O和CNTs构成.     

垂直式MOCVD反应器中热泳力对浓度分布的影响分析

从分子动力学理论出发,推导出垂直式MOCVD反应器中热泳力和热泳速度与温度、温度梯度、压强、粒子直径的关系式,以及热泳速度与扩散速度、动量速度平衡时的关系式.在典型的生长条件下,计算得到在温度T=605K时,热泳速度与扩散速度、动量速度动量平衡,TMGa浓度达到最大.然后在不考虑化学反应和考虑化学反应两种情况下,针对垂直式MOCVD反应器内的热泳力对粒子浓度分布和沉积的影响进行数值模拟,模拟给出反应粒子在反应器不同进口温度、衬底温度时的温度分布、浓度分布和反应速率.并与文献中的实验值进行对比,模拟结果与实验值有很好的吻合.     

热解火焰法制备碳纳米管:氧炔焰温度与取样高度的影响

以甲烷为碳源、Fe/Mo/Al2O3为载体催化剂,应用热解火焰法制备碳纳米管.研究了氧炔焰温度和取样高度对碳纳米管合成的影响.取样高度为80 mm时,以外围氧炔焰温度940℃、1010℃、1100℃进行了3组实验.结果表明:随氧炔焰温度升高,碳纳米管产量增加且管径明显变细.氧炔焰温度为1100℃时最适宜碳纳米管的生长.当氧炔焰温度为1100℃时,取样高度为80 mm时产量相对于取样高度60 mm时更大.但取样高度为60 mm时合成的碳纳米管更加笔直.不同取样高度下均制得了双壁碳纳米管.     

单壁碳纳米管储氢中管外H2势能的拟合函数

H2分子与管的作用势能曲线是碳纳米管储氢模拟研究中的一项重点内容,建立势能曲线相应的函数表达式更具有理论价值和实际意义.本文从Lennard-Jones势出发,建立了H2分子与C原子之间的作用势能模型,借助于分子动力学(MD)方法,模拟计算了H2分子与管的作用势能曲线.通过对管外H2分子势能曲线的拟合,找到了最佳参数,建立了管外统一形式的势能数学表达式,为碳纳米管的储氢研究提供了相应的理论依据.     

单壁碳纳米管中稳态机械波的激发条件研究

通过分子动力学模拟,对单壁碳纳米管中稳态机械波的激发条件进行了详细的研究.利用所施加的周期性机械外力,使单壁碳纳米管产生局部径向形变,该形变将以单壁碳纳米管的管壁为弹性媒质传播开去,从而在单壁碳纳米管中形成机械波;机械波产生的条件依赖于单壁碳纳米管波动系统能量的维持和受迫振动区域形变方向的控制;稳定机械波形成的最佳条件是碳纳米管的形变度和受迫振动频率之间的最优匹配,以及由此形成的单壁碳纳米管在周期性外力作用下产生的共振.     

Resonance Raman Scattering of Br2 Doped Single-Walled Carbon Nanotube Bundles

Abstract

We have measured Raman spectra of bromine doped single-walled carbon nanotubes (SWNTs) using various laser lines to clarify the electronic states of the doped SWNT. In the case of evacuated sample after full doping, two breathing mode peaks were observed simultaneously by visible laser excitations. We assigned the higher frequency peak to the doped SWNT bundles, and the other peak to the undoped portions in the sample. Intensity ratio between them decreased with decreasing excitation energy, and in the infrared region, the breathing mode band of the doped bundle was not observed. These results can be explained by a simple rigid band model.     

Dispersion of Pt-Ru alloys onto various carbons using γ-irradiation

(PVP)-protected Pt-Ru alloy nanoparticles were prepared using γ-irradiation at room temperature. Pt-Ru alloy particles were successfully dispersed onto various carbon structures, including Vulcan XC-71, Ketjen-300, Ketjen-600, single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) to form new types of Pt-Ru/carbon-based composites. While Pt-Ru alloy nanoparticles were mainly aggregated on Vulcan XC-71, Ketjen-300 and Ketjen-600, SWCNTs and MWCNTs provided hydrophilic sites for improving the distribution of alloy particles. FT-IR spectroscopy provided evidence for the formation of carboxylate and hydroxyl groups on the surface of the nanotubes after γ-irradiation. These functional groups serve as the nuclei that resulted in the improved dispersion of alloy nanoparticles onto SWCNTs and MWCNTs.     

Dielectric relaxation of water clusters encapsulated in carbon nanotubes – Computer simulation study

We have performed a molecular dynamics simulation of water clusters encapsulated in single-walled carbon nanotubes and calculated the dielectric relaxation loss spectra of these systems. We have found out that the nanotube radius considerably affects the relaxation time as well as the shape of spectra.     

TiCl4分子填充扶手椅型碳管的条件控制及光电性能理论研究

采用第一性原理与蒙特卡罗方法研究TiCl₄气体分子填充扶手椅型碳纳米管的吸附性能与光电性质,结果表明:扶手椅型碳纳米管对TiCl₄气体分子具有较强的物理吸附作用,研究构型的吸附能绝对值均超过0.9 eV,是TiCl₄气体分子理想的填充载体,随碳纳米管管径的增大,吸附能先增大后减小;温度升高不利于TiCl₄气体分子吸附,气体逸度增加有利于吸附,TiCl₄气体分子填充扶手椅型碳纳米管宜将温度维持在TiCl₄沸点附近,并增加气体的压力;TiCl₄的吸附对碳纳米管的电子结构进行了调控,使费米能级附近的态密度显著提高,使复合物的导电性增强,对赝能隙的大小没有明显影响,峰位仍由碳纳米管自身决定;TiCl₄的吸附对体系的光学参数影响有限,在增强复合物导电性的同时未使可见光区域吸收率、反射率、损失函数数值增大,可有效提升透明导电薄膜的性能。     

Potassium Doped Single Wall Carbon Nanotubes: Resistance under Pressure

Abstract

We report in situ measurements of four-probe de resistance (R) of K-doped purified single wall carbon nanotube (SWNT) “buckypaper” as a function of quasi-hydrostatic pressure. Doped samples show completely different behavior compared to that of pristine nanotubes in the pressure range up to 90 kbar. The characteristic increase in the resistance of pristine buckypaper above 10 kbar, associated with the formation of kinks or/and twists of tubes, is not observed in K-doped samples. This may originate from 1) a substantial change in electronic band structure of donor intercalated nanotubes, 2) completely different transport properties of defect structures, or 3) higher stiffness of doped SWNT's which prevents formation of kinks and twists in this pressure range. On deintercalation, the pristine behavior of R(P) is restored, establishing the reversibility of potassium vapor-transport doping.     

Gas Storage in Single-Walled Carbon Nanotubes

Abstract

X-ray diffraction (XRD) and electrical resistance measurement on single-walled carbon nan-otube (SWNT) samples prepared by the arc-discharge method are reported. The XRD profile of heat-treated sample indicated that air (oxygen, and/or nitrogen and/or water) can be condensed inside the SWNTs. We also found that the electrical resistance of SWNT soot is significantly affected by exposing to the oxygen gas and humid air.