金掺杂的碳纳米管吸附有毒气体的理论研究

摘要

本论文运用密度泛函理论的第一性原理方法，对金原子掺杂的碳纳米管与CO、HCN分子的吸附行为进行了理论研究，得到了以下结论：
　　一、我们采用密度泛函方法对（8,0）半导体型碳纳米管及金原子掺杂的碳纳米管的电子结构进行了详细研究，我们发现优化后的几何构型发生显著变化，碳纳米管壁中央的一个碳原被Au原子取代，形成了类似三联吡啶的螯型结构，由于Au原子半径远大于碳原子半径，所以金原子突出于碳纳米管表面，要略高于管壁平面几纳米，在掺杂位置附近增大了碳纳米管直径，形成弯曲的分子面，导致掺杂后的碳纳米管的比表面积进一步增大，进一步增强了碳纳米管的吸附能力。
　　二、对本征及掺杂金原子的碳纳米管吸附CO的研究表明，通过电子结构、电子密度、态密度分析，发现金原子掺杂后的碳纳米管上吸附CO分子时，二者电子密度发生有效重叠，同时态密度的最高峰费米能级的上方发生了显著变化，表明其吸附后，电导率会发生显著变化。且其吸附能、电荷转移均大于B、Al、Si掺杂时的情况；故金掺杂的碳纳米管有望成为CO气体分子的最佳探测器。
　　三、HCN分子分别通过H和N垂直吸附在金掺杂的碳纳米管表面时，发现金原子的掺杂使得HCN分子中对N原子的吸附变的容易，吸附能由0.13ev增加到1.89ev,电荷转移由0.01增加到0.35，宏观上发生从碳纳米管到HCN的电荷转移,由于电子的流失使得碳纳米管的空穴浓度变大,导电性能增加。同时从前线轨道能隙分析，能隙变小有利于电子在HOMO和LUMO之间的跳跃，更有利于引起电导率的变化，可见金掺杂的碳纳米管有望成为新一代气敏元件。

目录

第一章 绪论

1.1 金碳纳米管复合材料气敏特性的研究背景和意义

1.2碳纳米管制备技术及碳纳米分类

1.3国内外对金碳纳米管复合材料的制备及气敏性研究进展

1.4本论文的研究意义以及我们所做的工作的创新

第二章 论文研究方案设计

2.1论文整体方案

2.2计算方法模型及理论依据

3.3本征SWCNT和Au掺杂的SWCNT的几何构型分析结果与讨论

3.4结论

第三章 金原子掺杂的碳纳米管吸附CO 理论研究

3.1概述

3.2计算物理模型

3.3结果与讨论

3.4.结论

第四章 金原子掺杂的碳纳米管吸附 HCN 气体的理论研究

4.1概述

4.2计算模型

4.3计算结果与讨论

4.4结论

第五章 主要结论与未来工作

5.1主要结论

5.2 未来工作