钯掺杂硼氮纳米管对CO分子吸附作用的理论研究

摘要

近年来对硼氮纳米管(BNNTs)气敏特性的研究成为一大热点课题。如何对硼氮纳米管表面进行修饰改性，诱导其半导体化，并提高其对气体分子的敏感性和选择性是一大难题。理想型的BNNTs表现出绝缘性，而且与CO分子几乎没有相互作用。本论文主要通过理论研究的方法对理想型的BNNTs进行掺杂改性，研究其对CO分子的吸附作用。
　　 本论文用MaterialsStudio中的CASTEP软件包，以三周期(5，5)，(6，6)，(7，7)BNNTs为研究对象，进行了结构优化和性质计算。首先对理想型BNNTs进行单个Pd原子的取代掺杂，然后再对Pd原子取代掺杂BNNTs的管壁表面与CO分子的相互作用进行理论研究。
　　 研究发现:对一个Pd原子取代掺杂BNNTs中的一个B原子或者一个N原子的体系进行结构优化后，硼氮纳米管的几何结构发生了明显的变化，出现了局部扭曲;并且掺杂后硼氮纳米管的带隙也明显降低，使其变成了半导体，提高了导电性。Pd原子掺杂后的BNNTs体系对CO分子有了明显的吸附作用，而且吸附CO前后的带隙变化也很明显。吸附能和CO分子的吸附方式有很大的关系，并且随着硼氮纳米管管径的增加吸附能还呈现一定的规律性变化，但是吸附能与Pd原子的掺杂位置几乎没有关系。这一系列的理论研究结果和分析，为硼氮纳米管做为气敏材料在实际生活中的应用提供了一定的理论支持。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．3 课题研究的主要内容

第2章 理论基础

2．1 引言

2．2 从头算方法

2．2．1 非相对论近似

2．2．2 波恩-奥本海默近似

2．2．3 轨道近似

2．3 密度泛函理论的理论基础

2．3．1 Thomas-Fermi模型

2．3．2 Hohenberg-Kohn理论

2．3．3 Kohn-Sham方法

2．3．4 交换关联密度泛函

2．4 本章小结

第3章 计算模型和方法

3．1 引言

3．2 掺杂和未掺杂硼氮纳米管模型

3．3 CO吸附掺杂后的硼氮纳米管模型

3．4 计算方法

3．5 本章小结

第4章 钯掺杂硼氮纳米管对CO分子吸附作用的理论研究

4．1 引言

4．2 钯掺杂硼氮纳米管的几何和电子结构

4．2．1 几何结构

4．2．2 形成能

4．2．3 电子结构

4．3 钯掺杂硼氮纳米管吸附CO

4．3．1 几何结构

4．3．2 吸附能

4．3．3 电学性质分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢