氮掺杂碳纳米管负载铂催化剂的简易制备及催化性能

以氮掺杂碳纳米管为载体,在温和条件下采用简单的浸渍法制备得到铂催化剂,铂的粒径分布在4～7 nm,且氮掺杂碳纳米管无需进行预处理. 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电镜和能量色散X射线仪等对Pt/CN_x催化剂进行了详细的表征. 结果表明,氮掺杂碳纳米管中高含量的氮原子能够有效俘获Pt(IV) 离子,且表面的含氮官能团及亲水性能的提高都有利于铂纳米粒子的分散. Pt/CN_x催化剂在烯丙醇加氢反应中表现出高的催化性能及循环使用性能,这是由于铂纳米粒子的高分散性及铂与载体间强的连接性阻止了Pt的流失及聚积,从而避免生成Pt黑导致失活等.     

第一性原理研究铝氮掺杂小半径碳纳米管

基于第一性原理的密度泛函理论,计算并分析了铝氮共掺杂小半径碳纳米管的电子结构.结果表明,铝氮共掺杂的情况下,更容易形成相邻的铝氮对.在掺杂的七种位置中,电子性质都发生了很大的变化,原来的金属性碳纳米管转变为半导体性质.为了更好的理解其电子性质的变化,我们分析其能带结构和态密度.     

氮掺杂手性碳纳米管的电子结构和输运特性的理论研究

运用第一性原理的密度泛函理论,结合非平衡格林函数,研究了氮原子取代掺杂手性单壁(6,3)碳纳米管的电子结构和输运特性.计算结果表明:不同构形和不同数目的氮原子取代掺杂对手性碳管的输运性质有很复杂的影响.研究发现,氮原子掺杂明显改变了碳管的电子结构,使金属型手性碳管的输运性能降低,电流-电压曲线呈非线性变化,而且输运性能随着杂质原子间间距的变化而发生显著改变.在一定条件下,金属型碳管向半导体型转变. 关键词： 手性单壁碳纳米管 氮掺杂 电子结构 输运性能     

剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响

碳纳米管作为最先进的纳米材料之一, 在电子和光学器件领域有潜在的应用前景, 因此引起了广泛关注. 掺杂、变形及形成超晶格为调制纳米管电子、光学性质提供了有效途径. 为了理解相关机理, 利用第一性原理方法研究了不同剪切形变下扶手椅型硼氮交替环状掺杂碳纳米管超晶格的空间结构、电子结构和光学性质. 研究发现, 剪切形变会改变碳纳米管的几何结构, 当剪切形变大于12%后, 其几何结构有较大畸变. 结合能计算表明, 剪切形变改变了掺杂碳纳米管超晶格的稳定性, 剪切形变越大, 稳定性越低. 电荷布居分析表明, 硼氮掺杂碳纳米管超晶格中离子键和共价键共存. 能带和态密度分析发现硼氮交替环状掺杂使碳纳米管超晶格从金属转变为半导体. 随着剪切形变加剧, 纳米管超晶格能隙逐渐减小, 当剪切形变大于12%后, 碳纳米管又从半导体变为金属. 在光学性能中, 剪切形变的硼氮掺杂碳纳米管超晶格的光吸收系数及反射率峰值较未受剪切形变的均减小, 且均出现了红移.     

掺杂缺陷对碳纳米管导热系数的影响分析

采用非平衡态分子动力学方法模拟了含有掺杂缺陷的碳管的导热系数,分析了不同缺陷原子、缺陷浓度,环境温度、碳管手性以及长度等对导热系数的影响.结果表明,掺杂硼、氮和钾原子导致碳管整体导热系数显著下降;由于掺杂原子的影响,碳管温度在掺杂缺陷处出现间断性跳跃;对于手性不同的碳管,扶手椅型碳管对掺杂缺陷最为敏感,导热系数下降幅度...     

甲基红掺杂碳纳米管悬浮液的光限幅特性研究

利用实验的方法研究了甲基红掺杂碳纳米管悬浮液对波长为532 nm激光的光限幅效应.分析了样品厚度和入射激光重复频率对光限幅特性的影响,并与纯碳纳米管悬浮液的光限幅特性进行了比较.实验结果表明,对于线性透过率为60%（500 nm）的碳纳米管悬浮液,掺入甲基红后其沉淀速度明显减慢,限幅阈值由250 μJ降低为200 μJ;对于2和5 mm 厚度的样品,掺杂甲基红使碳纳米管悬浮液的箝位输出激光脉冲能量分别由45和20 μJ降低为35和9 μJ.     

甲基红掺杂碳纳米管悬浮液的光限幅特性研究

利用实验的方法研究了甲基红掺杂碳纳米管悬浮液对波长为532 nm激光的光限幅效应.分析了样品厚度和入射激光重复频率对光限幅特性的影响,并与纯碳纳米管悬浮液的光限幅特性进行了比较.实验结果表明,对于线性透过率为60%（500 nm）的碳纳米管悬浮液,掺入甲基红后其沉淀速度明显减慢,限幅阈值由250 μJ降低为200 μJ;对于2和5 mm 厚度的样品,掺杂甲基红使碳纳米管悬浮液的箝位输出激光脉冲能量分别由45和20 μJ降低为35和9 μJ. 关键词： 非线性光学 光限幅效应 甲基红 染料掺杂碳纳米管悬浮液     

碱金属掺杂碳纳米管储氢量差异的理论分析

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟锂掺杂单壁碳纳米管阵列（SWCNTA－Single Walled Carbon Nanotube Array）和钾掺杂SWCNTA的物理吸附储氢。重点研究了碱金属原子的种类和掺杂位置对SWCNTA储氢的影响。通过分析碱金属掺杂SWCNTA与氢分子间相互作用的差异及其变化的原因,给出了碱金属掺杂SWCNTA储氢量差异的理论解释,并对今后的研究工作提出了新的建议。     

氮掺杂及水分子吸附碳纳米管电子场发射第一性原理研究

对闭口碳纳米管(CNT)顶端分层掺氮及吸附不同数目水分子体系,运用第一性原理研究了有电场存在时的电子场发射性能.结果表明：掺氮并吸附水分子的CNT结构稳定;外电场愈强、水分子数愈多,体系态密度(DOS)向低能端移动幅度愈大且最高分子占据轨道(HOMO)/最低分子空轨道(LUMO)能隙愈小.吸附能,DOS/LDOS,HOMO/LUMO及其能隙分析一致表明,第三层氮掺杂CNT吸附不同数目水分子体系的场发射性能最佳. 关键词： 氮掺杂 水吸附 密度泛函理论 电子场发射     

氮掺杂对石墨烯摩擦学特性影响的分子动力学模拟

掺氮石墨烯具有良好的应用前景,但对其摩擦学特性的研究仍较为缺乏.本文采用分子动力学方法研究了氮掺杂对石墨烯摩擦学特性的影响.结果表明在公度、非公度的界面结构下,氮掺杂对石墨烯摩擦特性的影响呈现相反的趋势.界面结构为公度状态时,氮原子的引入导致了局部非公度状态,因而界面势垒降低、摩擦减小.界面公度性的改变、层间氮原子和碳原子的范德瓦耳斯力作用对界面摩擦的影响相反,在二者的共同作用下,随氮掺杂比例的升高,掺氮石墨烯体系的界面摩擦力呈现先增大再减小的趋势.界面结构为非公度状态时,氮原子的引入对界面摩擦的影响主要体现在原子类型的变化,界面摩擦随氮掺杂比例的增大而增大.存在空位缺陷的石墨烯体系的摩擦最大,掺杂氮原子对于降低缺陷石墨烯体系的摩擦具有积极意义.     

Improving the surface properties of multi-walled carbon nanotubes after irradiation with gamma rays

The effects of gamma-irradiation on the modification of the surface and structure of multi-walled carbon nanotubes were studied. Gamma-irradiation affected the graphitization properties of functional groups, and decreased the diameter of multi-walled carbon nanotubes. The irradiated multi-walled carbon nanotubes with the absorbed dose of 100 kGy exhibited a larger specific surface area and microporous volume as compared with the other samples. The Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy showed that the interaction between the gamma-irradiation and the multi-walled carbon nanotubes with the absorbed dose of 150 kGy destroyed the nanostructure of carbons, leading to the formation of diamond-like structures and carbon oxides. In addition, gamma-irradiation with the absorbed dose of 100 kGy improved multi-walled carbon nanotubes graphitization and surface properties while at higher absorbed dose (150 kGy), it induced damaged structures (sp³ bonds and oxygen compositions).     

Photoluminescence of multiwalled carbon nanotubes excited at different wavelengths

In this paper the multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) were synthesized by a chemical vapour deposition and the SEM graph shows that the sample has good construction. The micro-Raman spectrum shows the characteristic line of the MWNTs and an additional line produced by the defects on the outer surface of MWNTs. The photoluminescence (PL) spectra observed experimentally are variable under different excitation wavelengths and the strong excitation wavelength dependence of luminescence indicates a distribution of emitters which include electron $\pi$ in excited states and the Van Hove singularities. The absorption spectra confirm the transition channels which are consistent with the PL emission.     

锯齿型碳纳米管的结构衍生及电子特性

利用密度泛函理论研究锯齿型单、双壁碳纳米管从核到管状团簇直至纳米管的逐层结构衍生.研究结果表明五边形结构在管状团簇生长中发挥关键作用.此外,基于管状团簇的研究,运用周期性边界条件得到锯齿型单、双壁碳纳米管,并通过计算能带和态密度研究其电子特性.对单壁(n,0)和双壁(n,0)@(2n,0)碳纳米管,当n=3q(q为整数)时,具有金属或窄带隙半导体特性;n?=3q时,具有较宽带隙半导体特性,且带隙随管径的增加而减小.然而,小管径碳纳米管受曲率效应的明显影响,n?=3q的(4,0),(4,0)@(8,0)和(5,0)@(10,0)均呈现金属性;n=3q的(6,0)@(12,0)则表现出明显的半导体特性.     

Structural and electronic properties of carbon nanotubes under hydrostatic pressures

We studied the structural and electronic properties of carbon nanotubes under hydrostatic pressures based on molecular dynamics simulations and first principles band structure calculations. It is found that carbon nanotubes experience a hard-to-soft transition as external pressure increases. The bulk modulus of soft phase is two orders of magnitude smaller than that of hard phase. The band structure calculations show that band gap of (10, 0) nanotube increases with the increase of pressure at low pressures. Above a critical pressure (5.70GPa), band gap of (10, 0) nanotube drops rapidly and becomes zero at 6.62GPa. Moreover, the calculated charge density shows that a large pressure can induce an {sp}²-to-{sp}³ bonding transition, which is confirmed by recent experiments on deformed carbon nanotubes.     

不同参数多壁碳纳米管太赫兹谱特性

探索不同管径和长度的多壁碳纳米管（MWCNT）的太赫兹（THz）谱特性,采用透射型太赫兹时域光谱系统研究了5个不同管径和长度的MWCNT样品的太赫兹吸收谱和折射率谱,并对比和分析了它们的差异。结果表明：在0.2～2.0 THz内,多壁碳纳米管太赫兹吸收没有特征吸收峰,吸收强度随着频率的增加而增加,并可以拟合为不同斜率的直线,且MWCNT在THz波段的吸收强度与管径和长度成正比。折射率随着频率的增加呈指数衰减,同时,管径是影响其折射率的一个重要因素,而长度对其影响不大。     

不同参数多壁碳纳米管太赫兹谱特性

探索不同管径和长度的多壁碳纳米管(MWCNT)的太赫兹(THz)谱特性,采用透射型太赫兹时域光谱系统研究了5个不同管径和长度的MWCNT样品的太赫兹吸收谱和折射率谱,并对比和分析了它们的差异。结果表明:在0.2~2.0THz内,多壁碳纳米管太赫兹吸收没有特征吸收峰,吸收强度随着频率的增加而增加,并可以拟合为不同斜率的直线,且MWCNT在THz波段的吸收强度与管径和长度成正比。折射率随着频率的增加呈指数衰减,同时,管径是影响其折射率的一个重要因素,而长度对其影响不大。     

钛碳化物改性碳纳米管的场发射性能

通过在碳纳米管(CNTs)表面沉积钛薄膜并经过高温真空退火处理,在CNTs表面形成了低功函数的钛碳化物.研究了钛碳化物改性CNTs的场发射性能,并利用X射线光电子能谱(XPS)对改性碳管进行了结构表征.实验结果表明,高温真空退火可使沉积在CNTs表面的钛原子与碳原子发生化学反应生成钛碳化物;经钛碳化物改性处理的CNTs的场发射性能明显改善,开启电场由改性前的121降低到104V/μm,当电场强度为234V/μm时,场发射电流密度由改性前的23增大到改性后的13.5mA/cm²,同时,CNTs的表面抗离子轰击能力增强,发射稳定性改善.对钛碳化物改性增强CNTs薄膜场发射性能的机理进行了分析. 关键词： 碳纳米管 钛碳化物 场发射 结构表征     

Synthesis of iron-filled carbon nanotubes with a great excess of ferrocene and their magnetic properties

Iron-filled carbon nanotubes (CNTs) were synthesized using a floating catalyst chemical vapor deposition method with a great excess of ferrocene (more than 30 mg/min of vaporization rate) at 800 C. The amount of ferrocene is more than that in previous reports. The ferrocene was employed as both catalyst precursor and an iron source. Our observations indicate that the CNTs were more than 10 micrometer in length, with an outer diameter of 20–100 nm and inner diameter of 10–30 nm. The inner cavity of the CNTs was partial filled with iron nanowires. Magnetic property measurements reveal that the iron-filled CNTs exhibit an average coercivity of about 257.05 G.     

不同激发波长下单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的拉曼光谱比较

对不同激发波长下单壁和多壁碳纳米管的激光拉曼光谱进行了比较。发现单壁碳纳米管D峰强度和G峰强度的比值(ID/IG)几乎不随激发光子能量的改变而变化,多壁碳纳米管ID/IG值随着激发光子能量的增加以斜率0 3/eV减小。并对此现象进行了初步的分析。此外,还发现在1064nm激发波长下,单壁和多壁碳纳米管2500-3500cm-1之间拉曼峰的相对强度随着入射激光功率的增加而增加。