双原子气体与单壁碳纳米管相互作用势的理论研究

摘要

本文的理论研究主要针对了碳纳米管在能量储存和化学传感器方面的应用前景。使用密度泛函理论计算了双原子气体分子H2、N2、CO与本征以及掺杂单壁碳纳米管的相互作用势，并拟合了计算所得的势能曲线，得到了相应的势模型参数。
　　由计算得到的势能曲线，可以得到如下两个结论:(1)除了H,吸附在(9，9)型单壁碳纳米管T位置处最稳定，其它情况下的H2、N2、CO均吸附在本征单壁碳纳米管的H位置处最稳定。(2)随着碳管半径的增加，这三种气体吸附单壁碳管的平衡距离都没有太大的改变;而H2、N2、CO的吸附能变化规律取决于气体吸附在单壁碳管的位置。
　　掺杂会改变碳纳米管的性质，本文采用层内掺杂的方式对单壁碳纳米管进行了掺杂。计算结果表明:(1)本文考虑的过渡金属原子的掺杂均很好的提高了碳纳米管吸附H2、CO、N2的性能。(2)与本征单壁碳纳米管相比，掺杂过渡金属原子对单壁碳纳米管吸附CO气体的性能提高的最为显著。(3)在提高碳纳米管吸附双原子气体的性能上，N、B两种元素掺杂的碳纳米管不如过渡金属原子的掺杂。(4)一个例外，掺杂两个B原子的碳纳米管对CO气体以C原子接近单壁碳管这一构型下的吸附性能非常好，吸附能达到1.22eV/CO。(5)掺杂N、B原子不能改善单壁碳纳米管对N2的吸附性能。
　　本文使用LJ和Morse模型势拟合了相互作用势能曲线，拟合的结果表明:Morse模型势均能很好的拟合相互作用势能曲线，LJ模型势拟合的结果很差。