一、Ethane Adsorption in Single Walled Carbon Nanotube by Density Functional Theory（论文文献综述）
徐晨轩[1]（2021）在《垂直取向石墨烯边缘能质传递强化机理及能源应用》文中研究说明高效的能源储存与转化技术是推动可再生能源大规模应用的重要技术支撑。近年来,碳基纳米能源储存与转化材料因原料丰富、制备经济、调控便捷等特点而广受关注。纳米材料内部及表界面处的能量与物质传递是决定能量储存与转化性能的关键物理机制。围绕纳米尺度能质传递所发展的诸多理论,认为其符合典型的结构—性能规律。边缘结构广泛存在于石墨烯量子点、碳纳米管、石墨烯、二硫化钼等纳米材料中,但由边缘结构带来的特殊性能通常被笼统地冠以“边缘效应”,对其物理机制尚有待深入研究。本论文对垂直取向石墨烯的边缘能质传递强化机理开展了系统研究,主要聚焦以下两个方面。在机理认识层面,结合近场纳米成像技术、原位检测技术等实验手段和密度泛函理论、分子动力学模拟等计算模拟手段,建立了边缘结构与电子极化行为间的关联,揭示了光诱导边缘局域场增强效应的物理机制。进一步地,研究了在电解液中垂直取向石墨烯边缘附近离子分布与输运特性,解析了边缘场增强对固液界面相平衡状态的作用机制,为强化固液静电吸附提出新路径;在技术应用层面,基于上述理论成果设计了一系列边缘可调控的垂直取向石墨烯基能源材料,构筑了高性能光催化水裂解制氢、电容去离子以及超级电容储能新体系。基于等离子体化学气相沉积法制备的垂直取向石墨烯具有良好的边缘可调控性。本文采用氩等离子体轰击处理方法,有效调控了垂直取向石墨烯的边缘密度。开展密度泛函理论模拟计算,研究了石墨烯封闭边缘处的电子密度分布,揭示了在石墨烯封闭边缘处,电子存在自发聚集行为。随后开展的暗场扫描开尔文探针显微实验测试结果与模拟计算结果相吻合,进一步证实了石墨烯表面具有非均匀电势分布,且对表面纳米形貌存在高度依赖性,即在高曲率的石墨烯边缘处呈现出电子聚集行为。研究了垂直取向石墨烯光电响应特性。在水系电解液中,响应电流密度最高可达约92 m A cm-2。与半导体材料产生光电流响应的机理不同,垂直取向石墨烯样品中光电流响应可能来源于光激发热电子的定向迁移与聚集。光诱导力显微结果证实,垂直取向石墨烯在可见-红外波段内具有显着的近场光诱导力响应,石墨烯纳米边缘处存在由电子极化引起的近场力梯度。研究还发现,边缘电场增强与入射光波长有关。在红外光激发下,样品的光诱导力图像在边缘处甚至出现显着的“热点”信号,表明石墨烯表面的光激发热电子会迁移并聚集在边缘处,形成边缘处局域电场增强。进一步的理论分析指出,纳米边缘处的局域电场增强可解耦为非共振增强效应与共振增强效应两部分。通过调控石墨烯纳米边缘的形貌（长宽比）与费米能级,改变特定激发波长下的共振增强因子,能够实现对边缘电场增强效应进行调控。垂直取向石墨烯边缘的光诱导电场增强效应有望使其成为高活性反应位点,负载半导体光催化剂后形成内建电场,促进受光照激发的电子与空穴相互分离。本文采用纳米限域合成方法制备了高度分散的介孔石墨相氮化碳/垂直取向石墨烯复合光催化剂（GVN/NVG）。相比于未与垂直取向石墨烯复合的普通块状石墨相氮化碳样品以及将石墨相氮化碳与水平石墨烯机械混合的传统方式复合样品,通过纳米限域合成方法负载在垂直取向石墨烯片层间的石墨相氮化碳充分分散,有效避免了团聚。密度泛函理论计算表明,相较于普通块状石墨相氮化碳样品,GVN/NVG复合结构中的介孔石墨相氮化碳组分具有局域化的表面电荷分布,禁带宽度也有所下降。GVN/NVG-3H样品在全光谱光照激发、无助催化剂、三乙醇胺牺牲体系中的光催化制氢活性可达41.7μmol h-1 cm-2(相当于每24小时225L m-2,标况下)。与对照组中普通块状石墨相氮化碳样品的活性(2.5μmol h-1 cm-2)相比高一个数量级。首小时内平均表观量子产率达到1.54%。随后,本文拓展了边缘光诱导电场增强效应的应用,发展了太阳能纳米离子学相关理论。通过石墨烯纳米边缘介导的光-电场能量传递过程,将入射太阳光能量输入固液界面相平衡系统,有效缩短双电层厚度,并实现了对离子传输机制的有效调控。在该理论指导下,开展了高性能电容去离子研究。将典型的赝电容活性物质二氧化锰（α-Mn O2）经电化学沉积负载到富边缘垂直取向石墨烯表面,构筑了Mn O2@e VG吸附电极。在光照下,Mn O2@e VG电极展示出3倍于无光照时的电极吸附量(33 mg g-1)与较快的电极吸附速率(0.06 mg g-1 s-1)。电化学石英晶体微天平原位检测证实,非平衡态热力学条件的下固液界面离子输运机制受到光诱导电场控制,即在光照下,正极中的离子传输机制从离子交换主导转变为异性离子吸附主导,有助于电容脱盐性能的提升。此外,本文基于边缘增强的电化学活性以及对生长基底广泛的适应性,提出了采用垂直取向石墨烯泡沫电极来适应高粘度室温离子液体电解液的技术途径。制备的石墨烯泡沫电极具有分级多孔结构,优化了电极内部传质过程。其中,继承自泡沫金属模板的微米级孔起到预存储电解液作用,缩短了充放电过程中电解液的扩散距离;由石墨烯壁面围成的亚微米级孔具有垂直的取向性和均匀的孔径,确保了畅通的离子传质过程;垂直取向石墨烯骨架提供了连续电子传导通道,暴露的石墨烯边缘则为离子提供了大量易于接触的静电吸附位点。在电解液方面,采用了共阴离子离子液体共混策略。通过引入不同阳离子降低离子排列有序度,抑制了室温离子液体混合物中的离子间相互作用势,从而降低了流动粘度并改善了润湿性。上述石墨烯泡沫电极在1-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺(PIP13TFSI)与1-正丁基-1-甲基吡咯烷二酰亚胺(PYR14TFSI)质量配比为2:3的混合室温离子液体电解液中具有良好的电化学性能表现。这部分工作为高能量密度与高频率响应这一对位于天平两端的性能目标提供了有效的解决思路,即采用高电化学稳定窗口的室温离子液体作为电解液,以满足对储能能量密度的需求;遵循取向性阵列式和分级孔结构的微纳米形貌设计原则以适应室温离子液体的高粘度,并充分发挥边缘结构的电化学活性优势,实现高频率响应储能。
张丹彤[2]（2021）在《光/电催化二氧化碳还原的过渡金属纳米材料制备及构效关系研究》文中研究说明CO2还原是一种绿色、环保的能源转换方式,可以有效的实现生态系统的碳循环,受到研究者们的广泛关注。但是CO2还原反应过程复杂,产物生成路径多样化,因此寻找合适的催化剂以提高CO2还原的选择性和产率是研究的重点和难点。本论文通过合理的材料设计、材料制备,结合理论模拟结果,探究了金属化合物与CO2还原之间的构效关系,揭示了原子构型与CO2还原性能之间的本质关联,显着的提高了CO2的光催化和电催化还原性能。（1）通过选取二维金属电子媒介体,构建C3N4/bismuthene/BiOCl三元Z型异质结,显着的提高了光催化CO2还原的CH4和CO的产率和选择性。二维金属电子媒介体的引入增大了界面接触面积,降低了复合材料表面功函数,提高了表界面电子传输能力,平衡了C3N4和Bi OCl的界面电荷,从而大幅度提高了复合材料的活性和稳定性。（2）合成了四种不同形貌的Cu2O多面体,用于电催化CO2还原反应,其中的五十面体Cu2O在电压为-1.0 V时,C2H4选择性达到了33%。研究表明,高指数晶面（311）的铜氧原子错位排布形式有利于CO2吸附,降低CO2吸附势垒。其C2H4选择性由CO2吸附能和C-C耦合能力共同决定,在电压足以克服限速步骤势垒时,才能发挥其良好的CO2吸附能力。（3）以Cu2O为前驱体合成了带有Cu2O薄层的铜晶体,其电催化CO2还原产物H2/CO的比例可从0.8调节至4,符合工业上对不同比例合成气原料的需求。DFT理论结果表明,Cu2O薄层的存在改变了催化剂表面电荷转移情况,在降低CO2吸附能的同时,提高了H2竞争反应势垒,表面结构的改变有效的提升了CO2还原活性。（4）通过热聚合法合成了一种Cu单原子掺杂的碳基电催化剂（Cu@N-CNT）,用于常温常压下的电催化CO2还原反应。Cu原子替代C原子作为活性位点引入时可以有效降低表面CO2吸附能,在电压为-0.9 V时,催化剂在KHCO3电解液中的CO的法拉第效率达到84%。
张荣[3]（2021）在《沙林在金属/金属氧化物修饰碳纳米管上可控吸附的理论研究》文中研究说明近年来,随着化学工业的发展,有害化学品的数目和种类与日俱增,同时,化学战剂也随之而发展。化学战剂在战争中可直接致伤士兵,并且对环境和人类身体健康产生深远影响。因此,越来越多的科研人员开始致力于化学战剂的吸附清除、检测和降解等方面的研究。本论文中,深入探讨了化学修饰碳纳米管对神经毒剂——沙林分子的吸附和检测性能。研究结果包括以下内容:（1）对沙林分子在过渡金属氧化物修饰碳纳米管上的吸附进行了研究。发现铜氧化物修饰的碳纳米管对沙林分子表现出优异的吸附和检测性能。同时,为了实现绿色化学以及可持续发展策略,我们通过对吸附体系施加外加电场来调控铜氧化物修饰碳纳米管对沙林分子的吸附与解吸,从而实现吸附材料的循环利用。研究结果表明,当对体系施加外加负电场时会减弱吸附材料对沙林分子的吸附能力,随着外加负电场强度的增大,底物材料对沙林分子的吸附能力越来越弱。当外加负电场达到一定强度时,沙林分子从底物中解吸,实现了底物的循环利用。并且我们的研究发现,吸附沙林分子前后,底物的光学性质发生了明显的变化。据此,铜氧化物修饰碳纳米管可能成为有潜力的沙林分子传感材料。此外,为了评估铜氧化物修饰碳纳米对沙林分子的吸附应用潜力,我们计算了底物材料对空气中的二氧化碳、氮气以及水分子的吸附能。结果表明,底物材料对沙林分子的吸附能力远远大于其他三种气体分子,这使得铜氧化物修饰的碳纳米管成为消除大气中的沙林毒气的理想选择。（2）由于过渡金属掺杂进碳纳米管中具有较大的结合能,我们同样研究了金属铁掺杂碳纳米管对沙林分子的吸附性能。动力学计算结果表明,铁掺杂碳纳米管非常稳定,这为吸附沙林分子提供了良好前提。同时,铁掺杂碳纳米管对沙林分子也具有优异的吸附以及检测性能。同样,当对体系施加负电场时,沙林分子与底物材料之间的相互作用减弱,当电场达到一定程度,沙林分子从铁掺杂碳纳米管中释放。并且,由于吸附沙林分子后底物材料的光学性质发生显着改变,因此铁掺杂碳纳米管同样也可以作为沙林分子的传感器。另外,为了进一步掌握铁掺杂碳纳米管对沙林分子清除潜力,我们探究了铁掺杂碳纳米管对空气中的二氧化碳、氮气以及水分子的吸附能力。结果证明铁掺杂碳纳米管对沙林分子具有良好的吸附选择性。
徐晨清[4]（2021）在《石墨烯胶囊负载的单原子电催化剂的理论研究与设计》文中提出近年来,现代社会对能源需求的日益增加、化石燃料日渐匮乏以及严重的大气污染等问题促使人们把眼光转向清洁的氢能源。电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方式。高效、环保且价格低廉的析氢反应催化剂可降低工艺过程中需要的高能量消耗,提高效率,促使其广泛应用。单原子催化剂具有较高的催化活性,能最大化催化效率;而石墨烯胶囊是一种新型纳米碳材料,近年来被发现在催化剂载体方面表现出相当优异的应用前景。本文以石墨烯胶囊在单原子催化中的应用为研究课题,通过第一性原理计算,对其吸附铂原子后展现的析氢性能展开了理论研究,致力于设计兼具结构稳定性和催化性能的析氢反应电催化剂。本文首先研究了石墨烯胶囊的建模、结构稳定性和本征电子性质,弄清了铂单原子在石墨烯胶囊内外的稳定吸附位点,并以析氢自由能为主要衡量指标研究了稳定吸附在胶囊基底上的铂单原子的电催化析氢性能。研究发现以石墨烯胶囊为基底的铂单原子具有可比拟Pt（111）表面的析氢性能(=0.125 e V),通过局域结构和电子性质分析发现具有一定弧度的碳面和五边形、六边形碳环的适当组合,可促使碳原子的pz轨道与铂原子的d轨道杂化,是影响析氢效果的主要原因。进一步计算模拟了碳材料中常见的点缺陷、硼、氮、氧掺杂对体系结构稳定性、电子性质和析氢反应的影响,发现在石墨烯胶囊上引入点缺陷对析氢效果影响较小,但可以大大提高铂原子的吸附稳定性;通过掺杂硼(=-0.053 e V)、氮(=0.192 e V)原子,可以大幅提高铂原子在内部时体系的催化性能,而氧掺杂通过改变胶囊的形状以及氧对氢的氢键作用,当铂原子在胶囊外部时有着非常优异的析氢活性位点(=0.001 e V)。随后推广铂单原子至广义单原子,即小型团簇,研究其位于胶囊内部、构成铠甲结构时的析氢反应性能。研究发现这样的铠甲结构可以在保护内部催化剂不被破坏的情况下实现析氢反应催化活性的进一步提高(=0.099 e V)。综合以上认为,石墨烯胶囊可作为铂单原子催化析氢反应的基底,无论在胶囊内外,均可有优良的析氢反应催化活性。本论文的创新之处在于通过电子性质和轨道杂化分析揭示了引起催化剂性能差异的内在机理。可为新的电催化析氢反应催化剂的实验设计提供必要的理论指导,有望提高反应速率,实现快速低能耗的电解水制取氢气。
付洪权[5]（2020）在《无金属掺氮碳材料和氮化硼催化液相氧化及加氢反应的研究》文中指出纳米碳材料和六方氮化硼作为新型的无金属催化剂受到了研究者的重视。该类催化剂的活性位点可通过可控引入掺杂剂、结构畸变/缺陷、或/和三维结构等方式得到有效调节,这为制备高效催化剂提供了强有力的手段和更大优化空间。非金属催化剂与传统金属基催化剂的催化机制有着本质的区别,本文关注其在液相条件下非金属催化氧化反应和加氢反应的活性位点,为催化剂的理性设计奠定基础。论文的主要内容如下:掺氮碳材料中的吡啶氮和石墨氮在非金属催化中的作用仍存在争议。本文通过实验和理论计算证实了掺氮碳材料催化苯乙烯环氧化的反应机制。氮的掺入能明显提高纳米碳管的催化活性,但随着氮含量的增加,其催化活性存在先增加后降低的现象。独立的吡啶氮和石墨氮作为活性位可能协同完成该催化反应;但高氮含量下吡啶氮和石墨氮存在位置协同作用,反而会抑制苯乙烯的环氧化反应。氮物种之间的协同效应是深入理解掺氮碳材料催化行为的重要方面,这将为无金属碳催化剂的理性设计提供新的思路。掺氮碳材料是催化硝基苯直接加氢合成苯胺的有效非金属催化剂,但其上的H2解离机制仍未得到深刻认识。本文通过实验和理论计算证实质子溶剂和非质子溶剂中进行硝基苯加氢反应的机理可能不同,在质子溶剂中进行加氢可能并存溶剂转移加氢和直接解离H2两个过程;在非质子溶剂中,掺氮碳材料不能直接解离H2分子进行硝基苯加氢反应,而是通过E-R机理进行的。石墨氮是硝基苯加氢主要的催化活性位点,在硝基苯加氢中也观察到吡啶氮和石墨氮间位置协同效应,在高氮含量时对硝基苯加氢反应具有负的协同效应。多孔六方氮化硼是催化苯乙烯环氧化反应的有效非金属催化剂,但其催化活性位点值得研究。本文以硼酸和三聚氰胺为原料通过热解法合成多孔六方氮化硼催化剂,在不同气氛下热处理催化剂调变其上官能团,以确定其催化活性中心。实验和理论计算研究表明,B-O2活性位点与B-OH位点具有相似的催化活性,而B-O-B位点和N-H位点则没有催化活性。
于海鹏[6]（2020）在《碳纳米管气体吸附及低压传感机理的第一性原理研究》文中指出碳纳米管拥有优异的电子、光学、机械等性能,其气体吸附特性在储气、传感、场发射等领域有极大的应用潜力。本文采用第一性原理计算对无缺陷和含缺陷单壁碳纳米管的带帽结构、开口结构以及管壁进行研究,分析其结构、吸附能、功函数、态密度,电荷转移等特性。并在真空系统中进行了与气体吸附相关的场发射实验。得到如下结论:无缺陷的帽端结构显示出半导体性,含缺陷的帽端结构显示出半金属性。氢、氧或者氮的气体分子在缺陷位置化学吸附可以将半金属性转换为半导体性。氧气和氮气可以物理吸附在帽端的单空位缺陷上方,但氢气在缺陷上方的物理吸附是不稳定的。氢分子和原子形式的化学吸附使碳纳米管的功函数下降,而氧分子和原子的化学吸附使功函数上升。氮分子的化学吸附能够阻止氧分子与碳纳米管发生化学吸附,对碳纳米管的缺陷起到保护作用。氮原子的化学吸附可以填补缺陷位置上缺失的碳原子,形成氮掺杂结构,并显着降低碳纳米管的功函数。缺陷在帽端的不同位置会影响碳纳米管的功函数。管壁的缺陷能够提高碳纳米管管束的导电性能。外加电场可以提高气体分子的物理吸附能,影响水分子的吸附姿态,改变氩气的吸附位点。
陈韵[7]（2019）在《单壁碳纳米管的吸附机理及功能化研究》文中指出功能化纳米器件在纳米机电、生物技术以及电子信息领域均扮演着至关重要的角色。单壁碳纳米管凭借独特的一维拓扑结构、优异的电学、光学以及机械行为特性,成为了开发功能化纳米器件的热门材料之一,并已成功用于分子齿轮、生物探测器以及纳米集成逻辑电路。碳纳米管的吸附及与其他纳米材料的相互作用是实现功能化的关键,然而现阶段仍缺乏对于其吸附及相关摩擦行为的系统性机理研究。碳纳米管与吸附质之间的相互作用决定了体系的吸附行为,因此揭示碳纳米管结构、尺寸及介电性质等本征特性在吸附行为中的作用,并探讨吸附质结构、吸附构型、吸附位置以及吸附率对于吸附行为的影响是理解碳管吸附机理的关键所在。当碳纳米管与吸附基底发生相对运动时,吸附行为的连续性动态变化会进一步导致摩擦的产生。由于吸附行为动态变化的方式主要取决于碳管的运动模式,因此除需考虑材料的本征特性之外,分析运动方式对碳管与基底之间相互作用动态变化的影响,揭示运动行为的竞争机制是碳管纳米摩擦行为研究的核心要务。上述基础科学问题的研究不仅对于设计基于物理吸附的金属性/半导体性单壁碳纳米管的有效区分方法至关重要,同时还能够为合理设计碳纳米管基功能器件提供可靠的理论指导。因此,本论文利用多体色散修正的密度泛函理论方法（DFT+MBD）围绕上述问题对单壁碳纳米管展开了系统性研究。首先,我们研究了碳纳米管本征特性在吸附行为中的作用。我们利用各向同性的稀有气体Xe、Kr原子以及具有各向异性的正庚烷分子系统研究了金属性和半导体性单壁碳纳米管的吸附行为,揭示了碳纳米管的物理吸附行为主要取决于电荷密度振荡波。同时,发现两种碳管截然不同的介电性质导致了两者差异显着的物理吸附行为,而碳纳米管的直径、吸附质结构、吸附位置以及吸附率等特性也同样对其吸附行为具有重要影响。基于上述研究,我们依据正庚烷分子在金属性和半导体性单壁碳纳米管上差异显着的物理吸附行为,提出了一种基于物理吸附手段对两种单壁碳纳米管进行有效区分的方法。为进一步探讨吸附质对碳纳米管吸附行为的影响,我们研究了具有高度各向异性的平面Au6团簇在单壁碳纳米管上的吸附行为,揭示了化学结合力、泡利排斥力、色散相互作用以及静电相互作用之间的平衡是Au6团簇实现稳定构型的关键。同时,发现在吸附行为中色散相互作用的多体效应对于体系稳定性的影响能够通过泡利排斥力和化学结合力进行有效调控,同时其强烈依赖于吸附质的原子体积、各向异性以及吸附构型等特性。结果表明Au6团簇在N掺杂（14,0）碳纳米管上能够实现平躺和站立双重稳态构型,因此基于该吸附体系实现了碳纳米管基分子开关的设计。基于上述吸附机理研究,我们进一步探讨了碳纳米管在石墨烯上的滚动、滑动摩擦机理及竞争机制,揭示了泡利排斥力主导滚动摩擦,多体色散相互作用决定滑动摩擦,并发现纳米尺度下显着的尺寸效应会导致随着尺寸增加碳纳米管的最优运动方式发生由滑动到滚动的转变。同时,我们通过Prandtl-Tomlinson模型进一步证明了碳纳米管滑动、滚动摩擦的粘性行为特性,并利用运动势垒对该体系的摩擦行为进行了理论模型构建,最终实现了对滑动、滚动粘性摩擦行为实验级别精度的准确预测。综上,本论文围绕碳纳米管的吸附机理及相关摩擦行为进行了系统研究。研究结果揭示了碳纳米管吸附的电子结构起源,以及滑动和滚动摩擦的竞争机制,为金属性/半导体性碳管的有效分离以及碳管基纳米器件的发展奠定了理论基础,并提供了新的设计思路。
王雅[8]（2019）在《碳纳米材料吸附有机污染物的计算模拟及预测》文中研究表明研究碳纳米材料对有机污染物的吸附行为,对于了解碳纳米材料和有机污染物的环境归趋、评估其潜在的生态风险至关重要。碳纳米材料结构各异,环境中的有机污染物种类多样,环境因素对碳纳米材料吸附的影响机理复杂,仅通过实验研究难以满足风险评估与管理的需求,因而亟需发展计算模拟及预测的方法来研究碳纳米材料对有机污染物的吸附行为。本研究选取单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes,SWNTs）、石墨烯及氧化石墨烯为吸附剂模型,代表性脂肪族和芳香族化合物为吸附质模型,采用密度泛函理论（Density functional theory,DFT）和分子动力学（Molecular dynamics,MD）方法,考察了碳纳米管的管径与手性、石墨烯表面的含氧官能团和有机物的官能团对吸附的影响以及气相和水相中石墨烯吸附作用的差异,基于实验测定和计算模拟的吸附数据分别构建了 SWNTs、石墨烯以及氧化石墨烯吸附有机污染物的定量构效关系（Quantitative structure activity relationship，QSAR）预测模型,并定量了不同吸附作用对总吸附的贡献。具体研究内容和结论如下:（1）基于61种有机污染物在SWNTs上的实验吸附平衡常数（K）以及有机污染物的理论分子结构描述符值,采用多元线性回归（Multiple linear regression,MLR）和支持向量机（Support vector machine,SVM）分别构建了可用于预测有机污染物在水中SWNTs表面logK值的线性和非线性模型。所建的MLR模型和SVM模型的应用域覆盖的化合物含各种官能团:>C=C<,-C≡C-,-C6H5,>C=O，-COOH,-C（O）O-,-OH,-OF，-Cl,-Br,-NH2,-NH-,>N-,>N-N<,-NO2,>N-C（O）-NH2,>N-C（O）-NH-,-S-和-S（O）（O）-。SVM模型较MLR模型具有更好的拟合优度、稳健性和预测能力。模型结果表明,有机污染物在水中SWNTs表面吸附的主要驱动力为范德华作用和疏水作用。（2）采用DFT方法计算模拟了 38种有机物（脂肪族化合物、苯及其衍生物和多环芳烃）在气相和水相中石墨烯表面的吸附。发展了两个多参数线性自由能关系（Poly-parameter linear free energy relationship,pp-LFER）模型可用于预测气相和水相中有机物在石墨烯表面的吸附能,并基于pp-LFER模型估算了各种相互作用对吸附的贡献。气相吸附的主要驱动力为色散作用和静电作用;而水相吸附主要受色散作用和疏水作用影响。此外,还发现了 SWNTs对有机物的吸附能随管径的增大而增强,石墨烯对有机物的吸附能强于SWNTs。（3）采用MD模拟预测了 43种芳香型化合物在水中石墨烯和含有不同氧化官能团的石墨烯上的logK值。结果发现,石墨烯比氧化石墨烯具有更强的吸附性能;氧化石墨烯上的羟基和羰基与有机物形成了氢键,而环氧基则没有与有机物形成氢键。构建了两个理论线性溶解能关系模型,可预测有机物（苯、苯乙醇、苯酚、苯胺、硝基苯、苯甲腈、卤代苯、酮、酯、联苯及其衍生物、多环芳烃和多溴联苯醚）在水中石墨烯和氧化石墨烯表面的logK值。模型结果显示,供氢能力（εa）、色散与疏水作用（V）对石墨烯表面logK值的影响最显着;而对于氧化石墨烯表面的logK值而言,εa的影响最显着。
刘雪娟[9]（2014）在《单壁碳纳米管的氢气存储性能研究》文中认为氢能作为低污染、高效和清洁的新型能源之一,具有较广泛的应用前景。氢能利用的关键在于寻找合适的材料存储氢气（H2）并满足实际生产的需要。碳纳米管的分子尺度的孔洞具有较强的吸附能力,可以吸附大量的氢气分子,显示出其可作为新型储氢材料的潜力。作者首先介绍了本文采用的理论方法：第一性原理和蒙特卡洛模拟；然后理论研究了温度、压强、管间距、管径等因素对碳管储氢性能的影响。主要发现包括：（1）氢饱和吸附压力随管径、温度的变化模式；（2）氢吸附量作为管间距、管径函数的极值现象；（3）在不同压力区间氢吸附量随管径变化具有截然不同的行为；（4）管内吸附氢气的层状分布。使用液体状态理论与碳纳米管-氢分子力场的信息,自洽地解释了所有这些新的发现,从而为改进碳纳米管储氢性能提供理论指导。最后,作者研究了气体在掺杂过渡金属的碳纳米管管内和管外的吸附力场；并研究表明：气体和金属原子通过电荷转移而化学吸附在改性后的碳管上,这为气体纳米传感器的应用提供了理论依据。图25幅,表4个,参考文献125篇。
田兴玲[10]（2013）在《不同种类的小分子在碳纳米管内“竞争性吸附”的分子动力学研究》文中提出碳纳米管具有规则的中空结构。因此,它可以被用来封装很多种类的分子,如氢气、水分子,以及包括药物分子在内的有机小分子等。近年来,人们开始注意到,可以利用碳纳米管来分选不同种类的分子。在本文中,借助于分子动力学模拟,我们分别以醇类分子与水分子、乙烷和乙烯分子为例,研究了不同种类的小分子在单壁碳纳米管内的“竞争性吸附”,指出了分子与碳管管壁间的色散相互作用在竞争性吸附中的关键作用,并探讨了我们所观察到的选择性吸附现象对醇水分离技术、乙烷乙烯分选技术的启示意义。我们的研究包括两方面的内容：（一）醇类诱导的碳管“去润湿”及其对醇水分离技术的启示：醇是化学工业中重要的产品；但是由于醇的亲水性,把它们从醇和水的混合物中分离出来非常困难。借助于分子动力学模拟,我们观察到显着的纳米尺度下的“去润湿”现象。我们使用的醇是常见的直链一元醇（包括C1-C6正醇）和丙三醇（甘油）,也用苯酚来进行比较。模拟表明,当单壁碳纳米管浸没在醇的水合溶液中的时候,即使醇的浓度不高（1M）,各种醇分子也都能够引起碳纳米管的脱水（去润湿）,并且在碳管内积聚。特别地,在窄的单壁碳纳米管,即（6,6）和（7,7）碳管内部,大部分醇类都能够形成几乎均一的一维分子链。能量分析表明,碳管对醇类分子显着的选择性,归因于醇分子和碳管间的色散相互作用强于水和碳管间的色散相互作用。有趣的是,宽的单壁碳管,即（13,13）碳管,对醇的选择度随着醇分子的碳原子数的增加呈e指数增加；对于窄的单壁碳纳米管,它对甲醇、乙醇和丙醇的选择度很高,并且当醇中的碳原子数是3的时候达到最大值。我们讨论了这些现象背后的物理机制及其对醇水分离技术的启示意义。（二）乙烷、乙烯分子在碳管中的竞争性吸附：乙烷—乙烯分离是化学工业中一个非常重要的过程。传统上,这个过程通过低温蒸馏法实现,是非常耗能的。吸附性分离是一种节能环保的替代方法。我们运用分子动力学模拟,研究室温下等摩尔的乙烷和乙烯混合气体在不同直径的单壁碳纳米管内的竞争性吸附。我们发现,对窄的碳管,即（6,6）和（7,7）碳管的情况,碳管对乙烷的选择度fselec的值（碳管内乙烷的分子数比上乙烯的分子数）能达到3.1和3.7。这么高的选择度与很多研究人员的直觉相反——很多人认为,由于乙烷和乙烯具有相同的碳原子数,要通过色散相互作用来分离乙烷—乙烯混合物是很困难的。我们所观察到显着的选择性吸附现象,是由于在极端纳米限阈环境下,乙烷比乙烯多出来的两个氢原子与碳管管壁间的色散相互作用发挥了显着作用。有趣的是,（8,8）碳纳米管会选择性的吸附乙烯（fselec=0.6）。对于直径更宽的单壁碳管,选择度fselec趋向于1。我们还讨论了上述现象的物理机制,还有乙烷、乙烯分子填充碳管的动力学过程,以及系统达到平衡后,气体分子在纳米限阈下的动力学。我们的发现表明,乙烷—乙烯的有效分离可以通过使用具有合适直径的单壁碳纳米管组成的膜来实现。本论文的研究将有助于人们更好地理解小分子在碳纳米管内的吸附性质和动力学行为,并为人们利用碳纳米管分选不同种类的小分子,提供有益的理论借鉴。
二、Ethane Adsorption in Single Walled Carbon Nanotube by Density Functional Theory（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Ethane Adsorption in Single Walled Carbon Nanotube by Density Functional Theory（论文提纲范文）
（1）垂直取向石墨烯边缘能质传递强化机理及能源应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 碳基能源储存与转化材料概述 |
| 1.2.1 传统碳基能源储存与转化材料 |
| 1.2.2 低维度碳纳米能源储存与转化材料 |
| 1.2.3 取向性碳纳米材料 |
| 1.3 能源储存与转化材料中的能质传递机理 |
| 1.3.1 电子传递强化基本策略 |
| 1.3.2 离子输运与固液界面静电吸附机理 |
| 1.3.3 纳米尺度下的界面能质传递过程 |
| 1.4 能质传递过程中的边缘效应 |
| 1.4.1 垂直取向石墨烯的边缘结构调控 |
| 1.4.2 边缘效应及能源储存与转化应用 |
| 1.5 本论文研究内容 |
| 2 实验和数值计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验材料与仪器设备 |
| 2.3 材料表征分析 |
| 2.3.1 形貌结构分析 |
| 2.3.2 材料构成分析 |
| 2.3.3 表面光电特性分析 |
| 2.3.4 电化学石英晶体微天平分析 |
| 2.4 性能评价分析 |
| 2.4.1 光催化水裂解制氢性能评价系统 |
| 2.4.2 超级电容储能性能测试及应用平台 |
| 2.5 数值计算方法 |
| 2.5.1 分子动力学模拟简介 |
| 2.5.2 密度泛函理论计算简介 |
| 2.5.3 建模、模拟软件及相关数据后处理方法 |
| 3 垂直取向石墨烯边缘调控及能质传递强化机理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 垂直取向石墨烯的PECVD制备与边缘生长调控 |
| 3.2.1 等离子体源的选择 |
| 3.2.2 生长基底的选择 |
| 3.2.3 垂直取向石墨烯边缘生长调控方法 |
| 3.3 垂直取向石墨烯边缘形貌结构研究 |
| 3.3.1 垂直取向石墨烯边缘形貌结构表征 |
| 3.3.2 PECVD法制备垂直取向石墨烯的基底适应性分析 |
| 3.3.3 垂直取向石墨烯边缘生长模式与密度调控研究 |
| 3.4 垂直取向石墨烯光学与光电响应特性 |
| 3.4.1 垂直取向石墨烯光吸收性能研究 |
| 3.4.2 垂直取向石墨烯光电响应行为研究 |
| 3.4.3 石墨烯边缘光电场时域有限差分模拟 |
| 3.5 垂直取向石墨烯边缘电子结构与光诱导电场增强效应 |
| 3.5.1 密度泛函理论模拟研究 |
| 3.5.2 扫描开尔文探针显微表征 |
| 3.5.3 近场光诱导力显微表征 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 边缘光激发载流子分离强化及光催化制氢研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 GCN/NVG复合结构设计与限域制备 |
| 4.2.1 目标结构设计 |
| 4.2.2 基于垂直取向石墨烯的石墨相氮化碳限域制备 |
| 4.3 材料表征与分析 |
| 4.3.1 微观形貌与结构表征 |
| 4.3.2 光学性质与表面浸润性表征 |
| 4.4 光催化裂解水制氢性能表征 |
| 4.4.1 固载式光催化试验体系 |
| 4.4.2 光催化活性与表观量子产率 |
| 4.5 GCN/NVG复合结构中载流子动力学特征研究 |
| 4.5.1 GCN/NVG复合材料电子结构 |
| 4.5.2 光激发载流子分离强化研究 |
| 4.5.3 垂直取向石墨烯促进光催化机理 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 边缘固液界面相平衡结构优化及电容去离子研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 电容去离子技术概述 |
| 5.2.1 技术背景 |
| 5.2.2 性能指标 |
| 5.2.3 电极材料 |
| 5.2.4 共离子效应与电荷效率 |
| 5.2.5 太阳光驱动/促进电容去离子相关研究 |
| 5.3 光促进电容去离子性能研究 |
| 5.3.1 电极制备与电容去离子试验系统 |
| 5.3.2 电极微观形貌表征 |
| 5.3.3 电化学性能测试 |
| 5.3.4 光照吸脱附性能测试 |
| 5.4 光照促进电容去离子机理研究 |
| 5.4.1 基于光诱导力显微的边缘电场探测 |
| 5.4.2 基于分子动力学模拟的固液界面相平衡结构研究 |
| 5.4.3 基于电化学石英晶体微天平的离子输运行为研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 适应室温离子液体的富边缘电极构筑及滤波电容储能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 富边缘石墨烯泡沫电极制备与表征 |
| 6.2.1 富边缘石墨烯泡沫电极制备 |
| 6.2.2 电极微观形貌与结构表征 |
| 6.3 混合离子液体电解液性能表征 |
| 6.3.1 混合离子液体电解液配制 |
| 6.3.2 电解液物性表征 |
| 6.4 基于混合室温离子液体电解质的石墨烯泡沫储能性能 |
| 6.4.1 电化学表征方法 |
| 6.4.2 垂直取向石墨烯泡沫形貌对储能性能的影响 |
| 6.4.3 基于垂直取向石墨烯泡沫的交流滤波应用 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 研究创新点 |
| 7.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（2）光/电催化二氧化碳还原的过渡金属纳米材料制备及构效关系研究（论文提纲范文）
| 内容提要 |
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光催化CO_2还原 |
| 1.2.1 光催化CO_2还原基本原理 |
| 1.2.2 光催化CO_2还原研究现状 |
| 1.2.3 提高光催化剂性能的途径 |
| 1.3 电催化CO_2还原 |
| 1.3.1 电催化CO_2还原基本原理 |
| 1.3.2 电催化CO_2还原反应装置 |
| 1.3.3 电催化CO_2还原的研究现状 |
| 1.3.4 电催化CO_2还原的性能优化方式 |
| 1.4 本论文的选题依据和研究内容 |
| 第二章 构建二维Z型异质结(C_3N_4/bismuthene/BiOCl)实现高效光催化CO_2还原 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验方法 |
| 2.2.1 实验原料 |
| 2.2.2 仪器表征 |
| 2.2.3 催化剂的制备方法 |
| 2.2.4 光催化CO_2RR测试 |
| 2.2.5 光电化学性能测试 |
| 2.2.6 理论计算方法 |
| 2.3 结果和讨论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 Cu_2O晶体的电催化CO_2还原晶面依赖效应探究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 实验原料 |
| 3.2.2 仪器表征 |
| 3.2.3 不同形貌的Cu_2O晶体的制备 |
| 3.2.4 电催化CO_2RR测试 |
| 3.2.5 理论计算方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 构建新型Cu_2O@Cu核壳结构实现高效电催化CO_2还原 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.2.1 实验原料 |
| 4.2.2 仪器表征 |
| 4.2.3 催化剂制备 |
| 4.2.4 电催化CO_2还原性能测试 |
| 4.2.5 理论计算方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 Cu@N-CNT单原子催化剂制备及其电催化CO_2还原性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.2.1 实验原料 |
| 5.2.2 仪器表征 |
| 5.2.3 催化剂制备 |
| 5.2.4 电催化CO_2还原性能测试 |
| 5.2.5 理论计算方法 |
| 5.3 结果和讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结及展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及攻读博士学位期间的科研成果 |
| 致谢 |
（3）沙林在金属/金属氧化物修饰碳纳米管上可控吸附的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 沙林分子简介 |
| 1.2 碳纳米管简介 |
| 1.2.1 碳纳米管的结构特性 |
| 1.2.2 碳纳米管的制备方法 |
| 1.2.3 改性碳纳米管 |
| 1.2.4 碳纳米管的应用 |
| 1.3 分子吸附形式 |
| 1.3.1 物理吸附 |
| 1.3.2 化学吸附 |
| 1.4 本论文的研究目的及意义 |
| 第二章 理论及计算方法 |
| 2.1 第一性原理 |
| 2.2 密度泛函理论 |
| 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.2.2 Kohn-Sham方法与方程 |
| 2.2.3 交换相关泛函 |
| 2.3 DMol~3软件 |
| 第三章 沙林在金属氧化物修饰碳纳米管上的可控吸附/解吸的第一性原理研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 结构与能量 |
| 3.3.2 外加电场条件下沙林分子在CuO_2/CNT上的吸附行为 |
| 3.3.3 光学性质分析 |
| 3.3.4 CuO_2/CNT对沙林的吸附选择性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 沙林在铁掺铁碳纳米管上可逆吸附/解吸:第一性原理计算 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 结构和电子性质分析 |
| 4.3.2 外加电场条件下沙林分子在Fe-CNT上的吸附行为 |
| 4.3.3 光学性质分析 |
| 4.3.4 Fe-CNT对沙林分子的吸附选择性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间公开发表论文及着作情况 |
（4）石墨烯胶囊负载的单原子电催化剂的理论研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究历史与现状 |
| 1.2.1 电解水简介 |
| 1.2.2 电催化析氢反应 |
| 1.2.3 单原子催化 |
| 1.2.4 碳材料与石墨烯胶囊 |
| 1.3 本文的主要研究目的与内容 |
| 1.3.1 主要研究目的 |
| 1.3.2 主要研究内容 |
| 第二章 理论背景与研究方法 |
| 2.1 理论背景 |
| 2.1.1 Born-Oppenheimer近似 |
| 2.1.2 Hartree-Fock近似 |
| 2.1.3 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.1.4 Kohn-Sham方程 |
| 2.1.5 交换关联能泛函 |
| 2.1.6 第一性原理分子动力学 |
| 2.2 研究方法 |
| 第三章 石墨烯胶囊与铂原子的相互作用及其析氢性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论计算模型的建立 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 石墨烯胶囊的结构、电子性质与稳定性 |
| 3.3.2 铂原子的吸附与析氢性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 缺陷与掺杂对铂/石墨烯胶囊催化析氢的影响研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算方法与模型 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 点缺陷对催化析氢的影响 |
| 4.3.2 硼掺杂对催化析氢的影响 |
| 4.3.3 氮掺杂对催化析氢的影响 |
| 4.3.4 氧掺杂对催化析氢的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 石墨烯胶囊负载Pt_n团簇(n≤8)对析氢性能的影响研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算方法与模型 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 Pt_2团簇 |
| 5.3.2 Pt_3团簇 |
| 5.3.3 Pt_4团簇 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（5）无金属掺氮碳材料和氮化硼催化液相氧化及加氢反应的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 无金属碳催化剂的研发历程简述 |
| 1.3 纳米碳材料的活性位点 |
| 1.3.1 非共价键修饰纳米碳材料表面构建活性中心 |
| 1.3.2 共价键修饰纳米碳材料构建固体酸/碱活性位点 |
| 1.3.3 纳米碳材料中醌羰基(C=O)官能团构建活性位点 |
| 1.3.4 纳米碳材料中异核原子掺杂构建活性位点 |
| 1.3.4.1 纳米碳材料中掺杂氮原子构建活性位点 |
| 1.3.4.2 纳米碳材料中掺杂硼原子构建活性位点 |
| 1.3.4.3 纳米碳材料中掺杂磷原子构建活性位点 |
| 1.3.4.4 纳米碳材料中多元掺杂原子构建活性位点 |
| 1.3.4.5 纳米碳材料中掺杂金属单原子构建活性位点 |
| 1.3.5 纳米碳材料表面离域π键构建活性位点 |
| 1.3.6 纳米碳材料本身自由基构建活性位点 |
| 1.3.7 纳米碳材料中本征缺陷结构作为活性位点 |
| 1.3.8 纳米碳材料中活性位点间的协同催化效应 |
| 1.4 六方氮化硼催化剂的发展 |
| 1.5 六方氮化硼催化反应活性位点 |
| 1.5.1 非共价键修饰六方氮化硼构建活性位点 |
| 1.5.2 共价键修饰六方氮化硼构建固体酸和固体碱活性位点 |
| 1.5.3 六方氮化硼中硼原子的活性 |
| 1.5.4 六方氮化硼中异核原子掺杂构建活性位点 |
| 1.5.4.1 六方氮化硼中非金属掺杂构建活性位点 |
| 1.5.4.2 金属修饰六方氮化硼构建活性位点 |
| 1.5.5 六方氮化硼中B和N路易斯酸碱对 |
| 1.5.6 六方氮化硼边缘位的活性 |
| 1.5.7 六方氮化硼中本征缺陷结构构建活性位点 |
| 1.6 本论文研究思路和内容 |
| 第二章 实验部分 |
| 2.1 实验材料和仪器 |
| 2.1.1 实验材料 |
| 2.1.2 实验气体 |
| 2.1.3 实验仪器 |
| 2.2 催化剂结构表征 |
| 2.2.1 拉曼光谱测试(RAMAN) |
| 2.2.2 透射电镜(Transmission Electron Microscope,TEM) |
| 2.2.3 电子顺磁共振波谱仪(Electron Paramagnetic Resonance,EPR) |
| 2.2.4 X-射线衍射(XRD) |
| 2.2.5 X-射线光电子能谱(XPS) |
| 2.2.6 热重分析(Thermogravimetric analysis,TGA) |
| 2.2.7 N_2吸脱附等温仪与孔径分布分(BET) |
| 2.2.8 原位傅里叶漫反射红外(In situ FTIR) |
| 2.2.9 红外光谱检测分析(FTIR) |
| 2.2.10 原子吸收光谱仪(Atomic Absorption Spectrometer,AAS) |
| 2.2.11 元素分析仪(Elemental Analyzer) |
| 第三章 氮掺杂碳纳米管中吡啶氮与石墨氮协同催化苯乙烯选择性环氧化反应 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 催化剂的制备 |
| 3.2.1 掺氮碳纳米管的制备 |
| 3.2.2 缺陷碳纳米管的制备 |
| 3.2.3 FeO_x/NCNTs和 FeO_x/CNTs的制备 |
| 3.2.4 碳纳米管的氧化修饰处理 |
| 3.2.5 催化剂后处理 |
| 3.3 DFT计算方法 |
| 3.4 催化实验方法 |
| 3.4.1 苯乙烯氧化反应 |
| 3.4.2 产物的分析检测 |
| 3.5 催化剂的表征 |
| 3.5.1 掺氮碳纳米管的形貌特征 |
| 3.5.2 掺氮碳纳米管的氮含量分析 |
| 3.5.3 掺氮碳纳米管的缺陷分析 |
| 3.6 掺氮碳纳米管催化苯乙烯氧化构效关系的实验研究 |
| 3.6.1 催化活性 |
| 3.6.2 金属的影响 |
| 3.6.3 催化剂稳定性 |
| 3.6.4 碳催化苯乙烯氧化反应机理 |
| 3.6.5 反应动力学特征 |
| 3.6.6 掺氮量对活性的影响 |
| 3.7 碳催化苯乙烯氧化机理DFT计算与讨论 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 掺氮碳材料催化硝基苯加氢的机理研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 催化剂的制备和表征 |
| 4.3 催化性能测试 |
| 4.4 掺氮碳纳米管催化硝基苯加氢性能 |
| 4.4.1 催化活性 |
| 4.4.2 溶剂效应 |
| 4.4.3 催化剂稳定性 |
| 4.5 掺氮碳纳米管催化硝基苯加氢构效关系 |
| 4.6 掺氮碳纳米管催化硝基苯加氢反应机理 |
| 4.6.1 反应动力学研究 |
| 4.6.2 DFT理论计算研究 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 多孔六方氮化硼催化苯乙烯氧化反应 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 催化剂的制备 |
| 5.2.1 多孔纳米氮化硼的制备 |
| 5.2.2 纳米氮化硼材料后处理 |
| 5.3 DFT计算方法 |
| 5.4 催化活性测试 |
| 5.4.1 苯乙烯氧化反应 |
| 5.4.2 产物分析检测 |
| 5.5 氮化硼催化剂的表征 |
| 5.5.1 氮化硼的织构分析 |
| 5.5.2 氮化硼的SEM和 HRTEM表征 |
| 5.5.3 氮化硼的XRD表征 |
| 5.5.4 氮化硼的XPS表征 |
| 5.5.5 氮化硼的IR表征 |
| 5.5.6 氮化硼的Raman表征 |
| 5.6 氮化硼催化苯乙烯氧化的构效关系 |
| 5.6.1 氮化硼催化活性 |
| 5.6.2 氮化硼尺寸对催化活性的影响 |
| 5.6.3 氩气下热处理对氮化硼催化活性的影响 |
| 5.6.4 h-BN上各种含氧基团的活性比较 |
| 5.6.5 催化剂稳定性 |
| 5.7 DFT理论计算 |
| 5.8 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（6）碳纳米管气体吸附及低压传感机理的第一性原理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 碳纳米管简介 |
| 1.2 气体吸附与存储 |
| 1.3 利用吸附特性的气体分离研究 |
| 1.4 气体吸附对场发射的影响 |
| 1.5 基于气体吸附传感器的发展 |
| 2 第一性原理与研究方法 |
| 2.1 第一性原理计算方法 |
| 2.1.1 分子轨道理论 |
| 2.1.2 密度泛函理论 |
| 2.2 计算软件和数据分析 |
| 2.2.1 VASP简介 |
| 2.2.2 吸附能 |
| 2.2.3 功函数 |
| 3 氢、氧、氮分子和原子在含缺陷的碳纳米管吸附 |
| 3.1 计算方法及模型 |
| 3.2 计算结果及讨论 |
| 3.2.1 不同缺陷结构对比 |
| 3.2.2 气体分子吸附在碳纳米管的缺陷位置 |
| 3.2.3 气体以单原子形式吸附在碳纳米管的缺陷位置 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 气体分子在碳纳米管顶端不同密度及不同电场的吸附行为 |
| 4.1 计算方法及模型 |
| 4.2 计算结果及讨论 |
| 4.2.1 带帽与开口的碳纳米管 |
| 4.2.2 氩气吸附 |
| 4.2.3 氢气吸附 |
| 4.2.4 水分子吸附 |
| 4.2.5 氦气吸附 |
| 4.2.6 氮气吸附 |
| 4.2.7 外加电场的吸附比较 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 氩气在碳纳米管顶端吸附以及对碳纳米管场发射性能的影响 |
| 5.1 计算方法及模型 |
| 5.2 计算结果及讨论 |
| 5.3 实验结果及讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 低压传感机理的研究 |
| 6.1 场发射原理 |
| 6.2 低压传感机理 |
| 6.3 不同气体环境 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（7）单壁碳纳米管的吸附机理及功能化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 单壁碳纳米管的电学行为研究 |
| 1.1.1 单壁碳纳米管的电学特性 |
| 1.1.2 单壁碳纳米管在电子器件领域的应用 |
| 1.2 单壁碳纳米管的机械行为研究 |
| 1.2.1 单壁碳纳米管的摩擦特性 |
| 1.2.2 单壁碳纳米管在纳米机电系统的应用 |
| 1.3 单壁碳纳米管的制备与分离 |
| 1.4 单壁碳纳米管研究应用中面临的问题 |
| 1.5 本论文的研究内容 |
| 第2章 理论基础 |
| 2.1 第一性原理方法 |
| 2.1.1 波恩-奥本海默绝热近似 |
| 2.1.2 Hartree-Fock理论 |
| 2.1.3 密度泛函理论 |
| 2.1.4 交换关联近似及杂化泛函 |
| 2.2 vdW色散相互作用修正方法 |
| 2.2.1 TS两体色散修正方法 |
| 2.2.2 MBD多体色散修正方法 |
| 2.3 纳米摩擦理论模型 |
| 2.3.1 纳米摩擦能量耗散原理 |
| 2.3.2 纳米摩擦运动行为方式 |
| 2.3.3 Prandtl-Tomlinson模型 |
| 第3章 基于物理吸附的金属性/半导体性单壁碳纳米管有效区分方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 计算方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于Au_6团簇/单壁碳纳米管吸附体系的分子开关设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 单壁碳纳米管滑动、滚动行为摩擦机理研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读期间发表的论文 |
| 致谢 |
（8）碳纳米材料吸附有机污染物的计算模拟及预测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 碳纳米材料吸附有机污染物的研究进展及选题依据 |
| 1.1 碳纳米材料的环境行为、潜在的环境暴露及毒性效应 |
| 1.1.1 碳纳米材料的结构与性质 |
| 1.1.2 碳纳米材料的环境行为及潜在的环境暴露 |
| 1.1.3 碳纳米材料的毒性效应 |
| 1.2 碳纳米材料吸附有机污染物的实验研究及计算模拟预测方法 |
| 1.2.1 碳纳米材料吸附有机污染物的实验研究方法 |
| 1.2.2 碳纳米材料吸附有机污染物的量子化学计算方法 |
| 1.2.3 碳纳材料吸附有机污染物的分子动力学模拟方法 |
| 1.2.4 碳纳材料吸附有机污染物的定量构效关系模型预测方法 |
| 1.3 碳纳米材料吸附有机污染物的作用机理、影响因素及预测模型 |
| 1.3.1 碳纳米材料吸附有机污染物的作用机理 |
| 1.3.2 碳纳米材料吸附有机污染物的影响因素 |
| 1.3.3 碳纳米材料吸附有机污染物的预测模型 |
| 1.4 本文主要研究思路与内容 |
| 1.4.1 选题依据 |
| 1.4.2 研究目的和内容 |
| 1.4.3 技术路线 |
| 2 SWNTs吸附有机污染物的MLR和SVM预测模型研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 材料与方法 |
| 2.2.1 吸附数据 |
| 2.2.2 分子结构描述符 |
| 2.2.3 多元线性回归(MLR) |
| 2.2.4 支持向量机(SVM) |
| 2.2.5 模型评估 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 MLR和SVM模型的发展与评估 |
| 2.3.2 MLR和SVM模型的应用域表征 |
| 2.3.3 吸附机理 |
| 2.3.4 模型对比 |
| 2.4 小结 |
| 3 基于DFT计算和pp-LFER模型预测石墨烯及SWNTs对有机物的吸附能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料与方法 |
| 3.2.1 吸附质和吸附剂 |
| 3.2.2 吸附能的计算 |
| 3.2.3 pp-LFER和Abraham分子结构描述符 |
| 3.2.4 pp-LFER模型的发展与评估 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 吸附质在石墨烯表面的平衡构象和吸附能 |
| 3.3.2 预测石墨烯对有机物的吸附能的pp-LFER模型 |
| 3.3.3 气相和水相中石墨烯吸附有机物的作用机理 |
| 3.3.4 SWNTs的管径和手性对吸附的影响 |
| 3.4 小结 |
| 4 基于MD模拟和TLSER模型预测水中石墨烯和氧化石墨烯对有机物的吸附平衡常数 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料与方法 |
| 4.2.1 有机物、石墨烯以及氧化石墨烯模型 |
| 4.2.2 石墨烯和氧化石墨烯的参数化 |
| 4.2.3 分子动力学模拟 |
| 4.2.4 吸附平衡常数的计算 |
| 4.2.5 TLSER和理论分子结构描述符 |
| 4.2.6 TLSER预测模型的构建与评估 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 有机物在石墨烯和氧化石墨烯上的logK值 |
| 4.3.2 氧化石墨烯上的含氧官能团对吸附的影响 |
| 4.3.3 有机物在水中(氧化)石墨烯上吸附平衡常数的TLSER预测模型 |
| 4.3.4 有机物在石墨烯和氧化石墨烯上的吸附机理 |
| 4.4 小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 相关数据 |
| 作者简介 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
（9）单壁碳纳米管的氢气存储性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 1 绪论 |
| 1.1 化石能源和氢能 |
| 1.1.1 化石能源 |
| 1.1.2 氢能 |
| 1.2 储氢现状 |
| 1.3 碳纳米管储氢 |
| 1.3.1 碳纳米管的结构 |
| 1.3.2 碳纳米管的性质 |
| 1.3.3 碳纳米管的制备方法及功能 |
| 1.3.4 碳纳米管储氢及本文的主要工作 |
| 2 理论基础 |
| 2.1 第一性原理方法 |
| 2.2 HARTREE-FOCK近似 |
| 2.3 密度泛函理论 |
| 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理 |
| 2.3.2 Kohn-Sham方程 |
| 2.3.3 交换关联泛函 |
| 2.4 蒙特卡罗方法 |
| 2.4.1 Monte Carlo方法及其历史 |
| 2.4.2 Monte Carlo方法的基本思想和理论依据 |
| 2.4.3 Monte Carlo方法分子模拟计算步骤 |
| 2.5 计算软件 |
| 3 碳纳米管的氢气存储性能研究 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 结构模型设计和计算细节 |
| 3.2.1 模型设计 |
| 3.2.2 计算细节 |
| 3.3 结果和讨论 |
| 3.3.1 密度泛函近似方法对外部势能的影响 |
| 3.3.2 碳纳米管尺寸对内外势能的影响 |
| 3.3.3 氢气存储性能及其影响因素分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 ⅧB过渡金属原子掺杂在(5,5)单壁碳纳米管密度泛函理论的研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 研究模型和方法 |
| 4.3 结果分析和讨论 |
| 4.3.1 ⅧB过渡金属原子掺杂在(5,5)单壁碳纳米管几何结构的变化 |
| 4.3.2 ⅧB过渡金属原子掺杂在(5,5)型单壁碳纳米管电子结构的变化 |
| 4.3.3 ⅧB过渡金属原子掺杂在(5,5)单壁碳纳米管能量的变化 |
| 4.3.4 Pt、Pd修饰的(5,5)型单壁碳纳米管对H2、CO、NO气敏性研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 附录1 |
| 附录2 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要的研究成果目录 |
| 致谢 |
（10）不同种类的小分子在碳纳米管内“竞争性吸附”的分子动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 碳纳米管的结构、分类及其特性 |
| 1.1.2 碳纳米管可以被用来封装很多种类的分子 |
| 1.1.3 碳纳米管在小分子分选领域中的应用 |
| 1.1.4 醇水混合物分离的必要性及其分离方法 |
| 1.1.5 乙烷—乙烯分离的必要性及其分离方法 |
| 1.2 研究内容 |
| 1.3 研究方法 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 参考文献 |
| 第二章 分子动力学模拟方法概述 |
| 2.1 计算机模拟 |
| 2.2 分子模拟的简单介绍 |
| 2.3 分子力学和分子动力学 |
| 2.3.1 分子动力学的发展史 |
| 2.3.2 分子动力学的基本原理和理论 |
| 2.3.3 牛顿运动方程及其数值解法 |
| 2.3.4 初始化、边界条件及积分步长的选取 |
| 2.3.5 分子动力学的特点及其优缺点 |
| 2.4 力场 |
| 2.5 系综理论 |
| 2.5.1 系综的定义 |
| 2.5.2 各态历经性 |
| 2.5.3 平衡系统分子动力学模拟的系综 |
| 2.5.4 平衡系综的调节方法 |
| 2.6 宏观统计量的提取 |
| 2.6.1 温度 |
| 2.6.2 压强 |
| 参考文献 |
| 第三章 醇类诱导的碳管“去润湿”及其对“醇水分离技术”的启示 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 研究模型和模拟方法 |
| 3.3 模拟结果及讨论 |
| 3.3.1 宽的单壁碳纳米管系统中醇诱导的去润湿 |
| 3.3.2 醇诱导单壁碳纳米管去润湿的物理机制 |
| 3.3.3 窄的单壁碳纳米管系统中醇诱导的去润湿 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 乙烷和乙烯分子在碳管中的竞争性吸附 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 研究模型和模拟方法 |
| 4.3 模拟结果及讨论 |
| 4.3.1 乙烷、乙烯分子在碳管中竞争性吸附的现象 |
| 4.3.2 乙烷、乙烯分子在碳管中竞争性吸附的物理机制 |
| 4.3.3 从动力学行为看乙烷和乙烯分子在碳管中的竞争性吸附 |
| 4.3.4 乙烷、乙烯分子填充碳管的动力学过程 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本学位论文的总结 |
| 5.2 论文创新点 |
| 5.3 本学位论文的展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间撰写和发表的论文 |
| 致谢 |
四、Ethane Adsorption in Single Walled Carbon Nanotube by Density Functional Theory（论文参考文献）
- [1]垂直取向石墨烯边缘能质传递强化机理及能源应用[D]. 徐晨轩. 浙江大学, 2021(01)
- [2]光/电催化二氧化碳还原的过渡金属纳米材料制备及构效关系研究[D]. 张丹彤. 吉林大学, 2021(01)
- [3]沙林在金属/金属氧化物修饰碳纳米管上可控吸附的理论研究[D]. 张荣. 东北师范大学, 2021(12)
- [4]石墨烯胶囊负载的单原子电催化剂的理论研究与设计[D]. 徐晨清. 电子科技大学, 2021(01)
- [5]无金属掺氮碳材料和氮化硼催化液相氧化及加氢反应的研究[D]. 付洪权. 华南理工大学, 2020(02)
- [6]碳纳米管气体吸附及低压传感机理的第一性原理研究[D]. 于海鹏. 温州大学, 2020(04)
- [7]单壁碳纳米管的吸附机理及功能化研究[D]. 陈韵. 吉林大学, 2019(02)
- [8]碳纳米材料吸附有机污染物的计算模拟及预测[D]. 王雅. 大连理工大学, 2019(01)
- [9]单壁碳纳米管的氢气存储性能研究[D]. 刘雪娟. 中南大学, 2014(02)
- [10]不同种类的小分子在碳纳米管内“竞争性吸附”的分子动力学研究[D]. 田兴玲. 浙江大学, 2013(04)