有限长锯齿型碳纳米管的电子结构与管径效应

在B3LYP／6—31G／／PM3水平上对一系列有限长锯齿型碳纳米管(n，0)(n=6-11)的构型和电子结构进行了研究．结果表明，最高占据轨道(HOMO)与最低空轨道(LUMO)间的能隙(Eg)随着管径的增大出现随奇偶n值的振荡变化，随着管长的增加呈单调减小的趋势；前线轨道波函数的成键结构随管径的变化而变化，但并不随管长的变化而改变，HOMO的成键性质与几何结构之间存在对应关系．     

接枝羟基对有限长碳纳米管电子结构的影响

基于局域密度泛函理论, 采用第一原理方法, 建立了(5, 5)型和(8, 0)型有限长碳纳米管的原子模型, 并在两个端口接枝1～8个羟基官能团, 先用DMol3中BLYP方法对其结构进行优化, 再利用CASTEP软件计算其电子分布和态密度的变化, 从而讨论羟基官能团对碳纳米管电子结构和电子输运特性的影响. 计算表明, 接枝羟基的碳纳米管的电子结构明显改变, 费米能级上的电子态密度下降, 最高占据轨道上电子的非定域程度减弱, 致使电子输运性能呈下降趋势.     

有限长椅型(5,5)碳纳米管吸附氟和氢的理论研究

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。     

采用第一性原理研究非金属掺杂BiOCl的电子结构和光吸收性质

基于密度泛函理论的第一性原理分别研究了不同浓度Br和I掺杂BiOCl体系的能带结构、态密度、形成能和光学性质.研究结果表明,由于Br的4p和I的5p轨道作用,Br和I掺杂可在一定程度上降低BiOCl的禁带宽度,拓宽BiOCl的光吸收范围.Br和I掺杂BiOCl的形成能计算结果表明,Br掺杂BiOCl的稳定性高于I掺杂体系.对于B,C,N,Si,P和S掺杂BiOCl体系,掺杂能级的形成主要由掺杂元素的np轨道贡献,使BiOCl吸收带边红移至可见光区.而S掺杂则位于价带顶位置,有效地降低了BiOCl禁带宽度,使BiOCl响应波长出现红移,且未形成中间能级,不易成为俘获陷阱,因此S掺杂将是一种提高BiOCl可见光光催化活性的改性方法.     

Co-Y共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Co和Y单掺杂ZnO、Co-Y不同配位共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算结果表明,在本文的掺杂浓度下,Co和Y单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Co-Y共掺时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性。Co掺杂ZnO会在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象,而Y掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收,其中由于Co离子和Y离子之间的协同效应,Co-Y共掺ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加,因此Co-Y共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件。     

Co-Y共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Co和Y单掺杂ZnO、Co-Y不同配位共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算结果表明,在本文的掺杂浓度下,Co和Y单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Co-Y共掺时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性。Co掺杂ZnO会在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象,而Y掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收,其中由于Co离子和Y离子之间的协同效应,Co-Y共掺ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加,因此Co-Y共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件。     

In2O3电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了In2O3电子结构和光学线性响应函数, 系统研究了In2O3电子结构与光学性质的内在关系. 利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的In2O3材料的能量损失函数、介电函数、反射图谱, 根据电荷密度差分图分析了In2O3材料的化学和电学特性. 研究结果表明In2O3光学透过率在可见光范围内高达85%, 可作为优异的透明导电薄膜材料. 同时, 计算结果为我们制备基于In2O3透明导电材料的设计与大规模应用提供了理论依据, 也为监测和控制这一类透明导电材料的生长过程提供了可能性.     

Y-Cu共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了本征ZnO、Y和Cu单掺杂ZnO、Y-Cu共掺杂ZnO的电子结构和光学性质. 计算结果表明, 在本文的掺杂浓度下, Y和Cu单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度, 从而改善ZnO的导电性, Y-Cu共掺时ZnO半导体进入简并状态, 呈现金属性. Y 掺杂ZnO可以提高体系在紫外区域的吸收, 而Cu掺杂ZnO在可见光和近紫外区域发生吸收增强现象, 其中由于Y离子和Cu离子之间的协同效应, Y-Cu共掺杂ZnO时体系对可见光和近紫外区域的光子能量吸收大幅增加, 因此Y-Cu共掺杂ZnO可以用于制作光电感应器件.     

多聚氰梯型结构及其电子性质

采用量子化学半经验ＭＮＤＯ，ＣＮＤＯ／２准一晶体轨道程序（ｂａｎｄ３１、３２简写为ＣＮＤＯ／２－ＣＯ）探讨了多聚氰的双侧含氮梯型结构，初步揭示了结构稳定性和电子性质变化的规律，能带结构分析指出，梯型结构进一步向二维拓宽，将使体系能隙变小，本征电导率增加，上述结论与聚合度和电导率随裂解温度增高而相应增加的实验结果一致。     

椅型碳纳米管吸附氢原子电子结构的密度泛函研究

采用密度泛函方法对氢原子在(5,5)椅型碳纳米管上的吸附进行了研究, 分别考察了氢原子覆盖度为5%和10%时的构型和吸附能. 研究结果表明, H原子吸附在管外壁要比管内壁能量上更为有利, 同时第二个H原子倾向于吸附在前一个H原子的吸附位置邻近的碳原子上. 由能带计算结果得知, 吸附一个H原子时, 椅型碳纳米管将由导体转变为半导体; 当第二个H原子处在偶数位时, 纳米管仍保持较好的导电性能, 而吸附在奇数位时将使管的传输能力减弱. 本文进一步通过分析纳米管(共轭体系的分布情况对管传输性质的变化进行解释.     

手性碳纳米管能带特性的研究

探讨手性（chiral）单层碳纳米管（SWNTs）电子结构的主要特点。提出了确定与Fermi能级EF=0相交或相近的子能带指数J及相关的波矢ky值的方法。并直接从A-B效应出发,导出了任意手性角的SWNTs在磁场中发生金属—半导体连续转换的条件,同时对其能隙变化规律进行了详细讨论。     

Lindqvist型钼酸盐修饰的碳纳米管二阶非线性光学性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)方法研究了[Mo₆O₁₉]^2-修饰的单壁碳纳米管的非线性光学(NLO)性质. 结果表明, [Mo₆O₁₉]^2-修饰的单壁碳纳米管作为特殊的有机-无机杂化体系, 具有显著的二阶非线性光学响应. 通过调整[Mo₆O₁₉]^2-与纳米管之间的角度, 体系的稳定性显示出规律性的变化趋势, 且二阶NLO响应发生了变化. 对静场二阶极化率(β_vec)有主要贡献的电子跃迁特征表明, [Mo₆O₁₉]^2-与碳纳米管之间角度的改变影响了分子内的给受体特征. 当角度达到30°时, 化合物显示出最大的β_vec值, 此时杂多阴离子簇为电子受体, 而碳纳米管为电子给体. 此外, 在碳纳米管的端位连接电子给体(如氨基)可有效地增大β_vec值.     

扶手椅型单壁碳纳米管的理论研究

用半经验的AM1和PM3 方法,对不同长度的扶手椅型单壁碳纳米管(3,3)进行了理论研究.讨论了其几何结构、前线轨道的分布情况和红外光谱.结果表明:碳纳米管中的六边形不再像石墨中的六边形,而是发生了变形;从碳纳米管的中间到两端,各层碳原子在前线轨道中的轨道系数的平方和呈现规律性衰减的锯齿状变化;用AM1方法计算得扶手椅型单壁碳纳米管(3,3)的红外特征吸收波数约在1290～1645cm^-1之间.     

InAs管状团簇及单壁InAs纳米管的结构、稳定性和电子性质

采用密度泛函理论研究了InnAsn (n≤90)管状团簇以及单壁InAs纳米管的几何结构、稳定性和电子性质. 小团簇InnAsn (n=1-3)基态结构和电子性质的计算结果与已有报道相一致. 当n≥4时优化得到了一族稳定的管状团簇, 其结构基元(In原子与As原子交替排列的四元环和六元环结构)满足共同的衍化通式. 团簇的平均结合能表明横截面为八个原子的管状团簇稳定性最好. 管状团簇前线轨道随尺寸的变化规律有效地解释了一维稳定管状团簇的生长原因, 同时也说明了实验上之所以能合成InAs纳米管的微观机理. 此外, 研究结果表明通过管状团簇的有效组装可得到宽带隙的InAs半导体单壁纳米管.     

碳纳米管的化学修饰以及作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

采用硫酸和硝酸混合酸对催化裂解法(CVD法)制备的多壁碳纳米管(MWNNTs)进行纯化,然后运用硬脂酸对碳纳米管进行表面修饰,并研究了硬脂酸修饰后的碳纳米管的表面状况以及作为润滑油添加剂的摩擦学行为．实验结果表明,在硫酸催化剂作用下,通过酯化反应碳纳米管能够被硬脂酸包覆,并且硬脂酸修饰的碳纳米管作为润滑油添加剂能够显著提高基础油的减摩抗磨性能,当添加量为0．15％左右时,润滑油的减摩抗磨性能最佳,与基础油相比可以使摩擦系数下降10％左右,磨损量下降30％～60％．     

Theoretical Characterization of Chiral Carbon Nanotube Encapsulating Ellipsoidal C70

The molecular orientation of ellipsoidal C70 in carbon nanotubes is carefully studied by first principles calculations. Using （14, 7） single-wall carbon nanotube （SWCNT） as a prototype material, we explored that the weak chemical interaction between SWCNT and C70 was the crucial factor to determine the molecular orientation. However, the small energy difference makes the distinguishment of two possible molecular orientations difficult. By simulating scanning tunneling microscope images and optical properties, we found that local electronic states sensitively depended on the molecular orientation of ellipsoidal C70, which provided a practical way of using scanning tunneling microscope to recognize the molecular orientation of ellipsoidal C70.     

Dispersion Properties of Aligned Multi-Walled Carbon Nanotubes

Aligned carbon nanotubes (CNTs) composites can be prepared by post-growth alignment or through the use of CNT bundles. Post-growth alignment requires stringent processing conditions (high-voltage electric field/high-strength magnetic field). In this study, we focused on well-aligned multi-walled CNT bundles (AMWNTs). Achieving a balance between dispersion and required orientation was the main aim of this study. Ultrasonic dispersion will inevitably produce heat, which will adversely affect dispersion. Hence, we developed and attached a temperature-control system to a water bath ultrasonic dispersion device. Further, we studied effects of additional factors such as the type and amount of surfactant on dispersion.