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相似文献
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1.
有限长椅型(5,5)碳纳米管吸附氟和氢的理论研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
张明昕  章永凡  李奕  李俊 《结构化学》2003,22(4):447-453
使用半经验PM3方法, 对(5, 5)椅型单壁碳纳米管的H和F吸附做一系列计算, 模型采用含120C, 130C, 140C的两端开口的(5, 5)管, 吸附原子从2到30个。计算结果表明F与H有类似的吸附规律, 但是, 在各种吸附构型的稳定性上, F吸附比H吸附的差别较为显著。H, F的吸附排列在50 %覆盖度下更倾向于沿管轴的锯齿状连续排列, 而非垂直于管轴的环状排列, 这些吸附排列结构与各纳米管骨架模型前线轨道拓扑图存在对应关系。  相似文献   

2.
取Li7H和Li9H两个原子簇模拟氢原子与含台阶的金属锂表面的相互作用, 以小基组用ab initip方法计算了体系的吸附和表面扩散势能面(或势能曲线)。结果表明: (1)对Li7H体系, 台阶面附近沿垂直边棱方向存在三种不同的桥位吸附位, 最稳定的吸附位在上台面接近台阶边棱处, 台阶面显著地改变了表面扩散活化能, 台阶边棱处有一个较高的势垒。于是, 迁移原子将会在台阶边棱处受到反射, 并可被捕获于台阶面上及其附近。由势能面确定了最低能量表面扩散途径。(2)对Li9H体系, 在Li7H原子簇基础上增加次表面层两个锂原子后, 表面扩散活化能略有减小, 氢原子在上台面的桥位吸附更趋稳定, 各吸附位相对稳定性及势垒内何位置几无改变, 这些结果显示了台阶面对氢原子的化学吸附和表面扩散发生扰动, 台阶边棱对表面扩散起着重要作用。  相似文献   

3.
取Li_7H和Li_9H两个原子簇模拟氢原子与含台阶的金属锂表面的相互作用,以小基组用abinitio方法计算了体系的吸附和表面扩散势能面(或势能曲线),结果表明:(1)对Li_7H体系,台阶面附近沿垂直于边棱方向存在三种不同的桥位吸附位,最稳定的吸附位在上台面接近台阶边棱处,台阶面显著地改变了表面扩散活化能,台阶边棱处有一个较高的势垒,于是,迁移原子将会在台阶边棱处受到反射,并可被捕获于台阶面上及其附近,由势能面确定了最低能量表面扩散途径,(2)对Li_9H体系,在Li_7H原子簇基础上增加次表面层两个锂原子后,表面扩散活化能略有减小,氢原子在上台面的桥位吸附更趋稳定,各吸附位相对稳定性及势垒几何位置几无改变,这些结果显示了台阶面对氢原子的化学吸附和表面扩散发生扰动,台阶边棱对表面扩散起着重要作用。  相似文献   

4.
采用第一性原理的密度泛函理论研究单个氢原子和多个氢原子在Be(0001)表面吸附性质.给出了氢吸附Be(0001)薄膜表面的原子结构、吸附能、饱和度、功函数、偶极修正等特性参数.同时也讨论了相关吸附性质与氢原子覆盖度(0.06-1.33ML)的关系.计算结果表明:氢原子的吸附位置与覆盖度之间有强烈的依赖关系,覆盖度低于0.67ML时,氢原子能量上易于占据fcc或hcp的中空位置;覆盖度为0.78ML时,中空位与桥位为氢原子的最佳吸附位;覆盖度在0.89到1.00ML时,桥位是氢原子吸附能量最有利的位置;以上覆盖度中Be(0001)表面最外层铍原子的结构均没有发生明显变化.当覆盖度为1.11-1.33ML,高覆盖度下Be(0001)表面的最外层铍原子部分发生膨胀,近邻氢原子渗入到铍表面次层,氢原子易于占据在hcp和桥位.吸附结构中的氢原子比氢分子中的原子稳定.当覆盖度大1.33ML时,计算结果没有发现相对于氢分子更稳定的吸氢结构.同时从分析偶极修正和氢原子吸附垂直高度随覆盖度的变化关系判断氢覆盖度为1.33ML时,在Be(0001)表面吸附达到饱和.  相似文献   

5.
使用密度泛函B3LYP/3-21G*方法,并用周期边界条件模型,计算了B、N掺杂纳米管的结构参数、掺杂能量、能带结构和能隙.研究表明,碳纳米管掺杂B、N原子后,能隙均增大,变为半导体.B原子掺杂的碳纳米管具有直接带隙,而N原子掺杂则具有间接带隙,B掺杂的(6,6)和(9,9)管以及N掺杂的(6,6)和(9,9)管的能隙...  相似文献   

6.
彭璇 《物理化学学报》2014,30(11):2000-2008
采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法研究了空气中微量苯组分在单臂碳纳米管(SWNTs)上的吸附净化.模拟表明,具有较大孔径的(20,20)纳米管比较适合吸附纯苯蒸汽,而对于移除空气中的毒性苯物质,苯的吸附选择性分别在(12,12)纳米管及4.0 MPa时和(18,18)纳米管及0.1 MPa时出现最小值和最大值.为了解释这一异常行为,我们进一步分析了N2-O2-C6H6混合物的局部密度分布、吸附分子构型和概率密度分布,发现(18,18)纳米管内外完全被苯分子占据,而对于(12,12)纳米管,由于存在更强的吸附质-吸附剂相互作用,空气分子更倾向于吸附在管与管之间的间隙.此外,吸附分子的空间有序参数表明大多数苯分子采取"平躺"在纳米管表面的定位,而线性的N2和O2分子则多数平行于孔轴方向.最后研究了温度和苯分子主体相浓度对分离效果的影响.我们发现较大孔中的选择性随着温度的增加比小孔下降更加明显.与此对比,主体相苯浓度对小孔中的选择性起到更加重要的作用.  相似文献   

7.
用循环伏安法、交流阻抗技术和光电流谱技术研究了阳极氧化膜WO_3电显色和自褪色过程的机理,电显色时,氢原子先在WO_3表面吸附,其后从WO_3表面向晶格内部传输,电褪色时,H_xWO_3晶格中填隙H原子先传输到W表面脱附生成填隙H~+,然后再在电场驱动下在膜中迁移,自褪色过程可能是由膜中所含的少量水和部分填隙H原子的羟基化作用引起的。  相似文献   

8.
采用密度泛函理论(dFT)考察了Pt(100)、(110)、(111)三种表面氢原子的吸附行为, 计算了覆盖度为0.25 ML时氢原子在Pt 三种表面和M-Pt(111)双金属(M=Al, Fe, Co, Ni, Cu, Pd)上的最稳定吸附位、表面能以及吸附前后金属表面原子层间弛豫情况. 分析了氢原子在不同双金属表面吸附前后的局域态密度变化以及双金属表面d 带中心偏离费米能级的程度并与氢吸附能进行了关联. 计算结果表明, 在Pt(100), Pt(110)和Pt(111)表面, 氢原子的稳定吸附位分别为桥位、短桥位和fcc 穴位. 三种表面中以Pt(111)的表面能最低, 结构最稳定. 氢原子在不同M-Pt(111)双金属表面上的最稳定吸附位均为fcc 穴位, 其中在Ni-Pt 双金属表面的吸附能最低, Co-Pt 次之. 表明氢原子在Ni-Pt 和Co-Pt 双金属表面的吸附最稳定. 通过对氢原子在M-Pt(111)双金属表面吸附前后的局域态密度变化的分析, 验证了氢原子吸附能计算结果的准确性. 掺杂金属Ni、Co、Fe 的3d-Pt(111)双金属表面在吸附氢原子后发生弛豫, 第一层和第二层金属原子均不同程度地向外膨胀. 此外, 3d金属的掺入使得其对应的M-Pt(111)双金属表面d带中心与Pt 相比更靠近费米能级, 吸附氢原子能力增强, 表明3d-Pt系双金属表面有可能比Pt具有更好的脱氢活性.  相似文献   

9.
李艳秋  刘淑萍  郝策  王泽新  邱介山 《化学学报》2009,67(23):2678-2684
应用原子与表面簇合物相互作用的五参数Morse势(5-MP)方法对氢原子在Ni(111)表面和次表面以及Ni(211), (533)台阶面进行了系统研究, 得到了氢原子在上述各面的吸附位、吸附几何、结合能和本征振动频率. 计算结果表明, 在Ni(111)面上, 氢原子优先吸附在三重位, 随着覆盖度的增加会吸附在次表面八面体位和四面体位. Ni(211), (533)的最优先吸附位都是四重位, 当氢原子的覆盖度增大时占据(111)平台的三重吸附位. 靠近台阶面的吸附位受台阶和平台高度的影响很大. 此外, 我们计算了氢原子在各表面的不同吸附位的扩散势垒, 获得氢原子在各表面的最低能量扩散通道.  相似文献   

10.
用密度泛函理论的总能计算研究了金属铜(100)面的表面原子结构以及在不同覆盖度时氢原子的吸附状态. 研究结果表明, 在Cu(100)c(2×2)/H表面体系中, 氢原子吸附的位置是在空洞位置, 距最外层Cu原子层的距离为0.052 nm, 相应的Cu—H键长为0.189 nm, 并通过计算结构参数优化否定了其它的吸附位置模型. 总能计算得出Cu(100)c(2×2)/H表面的功函数为4.47 eV, 氢原子在这一体系的吸附能为2.37 eV(以孤立氢原子为能量参考点). 通过与衬底原子的杂化, 氢原子形成了具有二维特征的氢能带结构, 在费米能级以下约0.8 eV处出现的表面局域态是Cu(S)-H-Cu(S-1)型杂化的结果. 采用Cu(100)表面p(1×1)、p(2×2)和p(3×3)的三种氢吸附结构分别模拟1, 1/4, 1/9的原子单层覆盖度, 计算结果表明, 随着覆盖度的增加, 被吸附的氢原子之间的距离变短, 使得它们之间的静电排斥和静电能增大, 从而导致表面吸附能和吸附H原子与最外层Cu原子间垂直距离(ZH-Cu)逐渐减小. 在较低的覆盖度下, 氢原子对Cu(100)表面的影响主要表现为单个原子吸附作用的形式. 通过总能计算还排除了Cu(100)表面(根号2×2根号2)R45°-2H缺列再构吸附模型的可能性.  相似文献   

11.
采用密度泛函理论研究了H2在碱金属(M=Li, K)掺杂的扶手椅型单壁碳纳米管上的吸附. 对于碱金属管内掺杂, 模拟了4种氢吸附构型; 对于管外掺杂, 考虑了两种吸附结构, 同时还考虑了两种不同的掺杂浓度. 所有吸附模型都进行了全优化. 计算结果表明, 碱金属掺杂后, 碱金属与碳纳米管之间发生电子授受作用使得碱金属带正电荷, 对于金属Li, 管内掺杂更有利于电子向碳纳米管转移; 与管内掺杂相比, Li原子的管外掺杂更有利于H2分子吸附. 碱金属管外掺杂的碳纳米管吸附H2的最稳定结构, 存在碱金属原子与H2分子的配位作用.  相似文献   

12.
13.
Adsorption of hydrogen molecules on platinum-doped single-walled zigzag (8,0) boron nitride (BN) nanotube is investigated using the density-functional theory. The Pt atom tends to occupy the axial bridge site of the BN tube with the highest binding energy of -0.91 eV. Upon Pt doping, several occupied and unoccupied impurity states are induced, which reduces the band gap of the pristine BN nanotube. Upon hydrogen adsorption on Pt-doped BN nanotube, the first hydrogen molecule can be chemically adsorbed on the Pt-doped BN nanotube without crossing any energy barrier, whereas the second hydrogen molecule has to overcome a small energy barrier of 0.019 eV. At least up to two hydrogen molecules can be chemically adsorbed on a single Pt atom supported by the BN nanotube, with the average adsorption energy of -0.365 eV. Upon hydrogen adsorption on a Pt-dimer-doped BN nanotube, the formation of the Pt dimer not only weakens the interaction between the Pt cluster and the BN nanotube but also reduces the average adsorption energy of hydrogen molecules. These calculation results can be useful in the assessment of metal-doped BN nanotubes as potential hydrogen storage media.  相似文献   

14.
The chemical adsorption of H atoms on an (8,0) zigzag boron nitride nanotube is studied using the density functional theory with the supercell method. One to four H atoms per 32 B and 32 N are considered. The results show that H atoms prefer to adsorb on the top sites of adjacent B and N atoms to form an armchair chain along the tube axis. An even-odd oscillation behavior of the adsorption energy of H atoms on the tube is found, and the average adsorption energy of even H atoms is obviously bigger than that of odd H atoms. The results can be understood with the frontier orbital theory. Based on this adsorption behavior, several high-symmetric structures of H adsorbed boron nitride nanotubes with 50% and 100% coverages are studied. The pairs of lines' pattern with 50% coverage has the biggest average adsorption energy per H(2) among the chosen configurations, corresponding to approximately 4 wt % hydrogen storage.  相似文献   

15.
We have investigated adsorption of an O(2) molecule on a double-walled carbon nanotube (DWCNT) edge using density functional theory calculations. An O(2) molecule adsorbs exothermally without an adsorption barrier at open nanotube edges that are energetically favorable with a large adsorption energy of about -9 eV in most cases. Dissociative adsorption of an O(2) molecule induces various spontaneous lip-lip interactions via the bridged carbon atoms, generating the closed tube ends. This explains why the DWCNTs are chemically more stable than the single-walled nanotubes during observed field emission experiments. The field emission takes place via the localized states of the bridged carbon atoms, not via those of the adsorbed oxygen atoms particularly in the armchair nanotubes. We also find that some O(2) precursor states exist as a bridge between tube edges.  相似文献   

16.
利用密度泛函B3LYP对有限长扶手椅形单壁碳纳米管(3,3),(4,4)和(5,5)吸附O原子的几何结构、电子属性、反应能和红外光谱进行了系统地理论研究,获得了一些有意义的结果,主要包括如下4个方面:(1)2个O原子吸附在管外壁垂直于管轴的C—C键形成开环的轮烯结构,吸附在管内壁形成环氧结构;(2)O原子吸附在管外壁要比吸附在管内壁具有较大的能隙和吸附反应能;(3)与单壁碳纳米管管外壁吸附1个O原子相比,2个O原子吸附在管外壁具有较大的吸附反应能;(4)B3LYP得到的C—O伸缩振动频率与实验一致.  相似文献   

17.
The adsorption of atomic and molecular hydrogen on carbon-doped boron nitride nanotubes is investigated within the ab initio density functional theory. The binding energy of adsorbed hydrogen on carbon-doped boron nitride nanotube is substantially increased when compared with hydrogen on nondoped nanotube. These results are in agreement with experimental results for boron nitride nanotubes (BNNT) where dangling bonds are present. The atomic hydrogen makes a chemical covalent bond with carbon substitution, while a physisorption occurs for the molecular hydrogen. For the H(2) molecule adsorbed on the top of a carbon atom in a boron site (BNNT + C(B)-H(2)), a donor defect level is present, while for the H(2) molecule adsorbed on the top of a carbon atom in a nitrogen site (BNNT + C(N)-H(2)), an acceptor defect level is present. The binding energies of H(2) molecules absorbed on carbon-doped boron nitride nanotubes are in the optimal range to work as a hydrogen storage medium.  相似文献   

18.
The adsorption of a H2S molecule on the surface of an MgO nanotube was investigated using density functional theory. It was found that H2S molecule can be associatively adsorbed on the tube surface without any energy barrier or it can be dissociated into –H and –SH species overcoming energy barrier of 4.03–7.77 kcal/mol. The associative adsorption is site selective so that the molecule is oriented in such a way that the sulfur atom was linked to an Mg atom. The HOMO–LUMO energy gap of the tube has slightly changed upon associative adsorption, while they were significantly influenced by dissociation process. Especially, the highest occupied molecular orbital of the tube shifts to higher energies which can facilitate electron emission current from the tube surface. Also, energy gap of the tube dramatically decreased by about 0.93–1.05 eV which influences the electrical conductivity of the tube.  相似文献   

19.
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