纳米圆柱孔材料的限定空间内流体的吸附及相行为

摘要

被限制在几个分子直径的纳米孔中的流体分子,表现出一系列不同于主体流体的物理性质.如何更好的理解有限尺寸效应,表面作用以及维数的变化的影响具有有重要的理论意义.此外由于吸附是日常生活及工业单元操作中较普遍存在的一种现象,了解吸附微观要同盟和限定空间内流体的相行为也具有重要的实际意义.该文应用计算机模拟和密度泛函理论研究了简单流体分子在圆柱状孔MCM-441和单壁碳纳米管束(SWNTs)中的吸附及相行为.该文提出了一个解析的势函数一描述圆柱孔中的LJ分子与壁面的相互作用势.经验证这个势模型和虚拟原子模型相一致,并在孔壁厚度趋于零的极限条件下和圆柱面的势函数吻合较好.

目录

文摘

英文文摘

绪论：纳米材料和限定空间

参考文献

第一章 限定空间内流体吸附的计算机分子模拟和理论研究

§1.1前言

§1.2计算机分子模拟方法和DFT方法

1.2.1巨正则系综Monte Carlo方法(GCMC)

1.2.2 Gibbs系综Monte Carlo方法(GEMC)

1.2.3分子动力学方法(Molecular dynamics,MD)

1.2.4密度泛函理论(Density functional theory,DFT)

§1.3限制空间中简单流体的吸附的研究综述

1.3.1狭缝状孔

1.3.2圆柱状孔

1.3.3层柱状孔

1.3.4分子筛微孔

§1.4限制空间中简单流体的相变的研究综述

1.4.1毛细凝聚(气液相变)

1.4.2层状转变(Layering transitions)

1.4.3固化(Freezing)

§1.5本组在限制空间中流体吸附和扩散的研究工作

参考文献

第二章分子筛MCM-41中的流体的吸附

§2.1前言

§2.2圆柱状孔中的势模型

2.2.1简介

2.2.2势能模型的建立

2.2.3与其他势模型的比较

2.2.4应用

2.2.5结论

§2.3甲烷在MCM-41中的吸附的计算机模拟

2.3.1 MCM-41的势参数的拟合

2.3.2甲烷在MCM-41中吸附的计算机模拟

2.3.3结论

§2.4甲烷在MCM-41中吸附的DFT计算

2.4.1势能模型和密度泛函理论

2.4.2 DFT计算结果同GCMC模拟结果的比较

2.4.3 DFT方法讨论甲烷在MCM-41中的吸附

2.4.4结论

§2.5圆柱状孔内流体的层状转变的研究

2.5.1势能模型

2.5.2 MD模拟方法的细节

2.5.3结果和讨论

2.5.4结论

参考文献

第三章单壁碳纳米管(SWNTs)中分子流体的吸附及其相行为

§3.1前言

§3.2甲烷在单壁碳纳米管束中的吸附及相行为

3.2.1甲烷在单壁碳纳米管束的管内吸附的计算机模拟

3.2.2甲烷在单壁碳纳米管束的管隙中吸附的计算机模拟

3.2.3甲烷在单壁碳纳米管束的碳管中吸附的密度泛函研究

§3.3乙烷在单壁碳纳米管束中的吸附及相行为的计算机模拟

3.3.1势能模型与巨正则系综Monte Carlo模拟

3.3.2碳管结构对吸附行为的影响

3.3.3乙烷在单壁碳纳米管束的碳管中吸附的计算机模拟

3.3.4乙烷在单壁碳纳米管束的管隙中吸附的计算机模拟

3.3.5结论

§3.4氢气在单壁碳纳米管束中的吸附及相行为的DFT研究

3.4.1势能模型与DFT方法

3.4.2氢气在单壁碳纳米管束的碳管中吸附的密度泛函研究

3.4.3氢气在单壁碳纳米管束的管隙中吸附的密度泛函研究

3.4.4结论

参考文献

发表论文情况

附录A arccos(x)的近似展开

附录B LJ流体的状态方程

参考文献

致谢