碳纳米管物理吸附储氢的势能效应与空间效应

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟氢分子在碳纳米管及其阵列中的存储过程。通过定量分析计算结果,指出碳纳米管储氢的物理吸附机制,可用势能效应和空间效应描述。势能效应源于碳氢和氢氢之间的相互作用,空间效应则来自碳纳米管及其阵列的中空结构。利用两种效应的最佳组合,可获得理想的储氢效果。     

碳纳米管阵列储氢的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了常温和不同压强下,氢在不同管径和管间距的单壁碳纳米管阵列(SWCNTA—S ingle-walled Carbon Nanotube Arrays)中的物理吸附过程.重点研究了压强、管径和管间距对SWCNTA(管内和管间隙)物理吸附储氢的影响.发现氢分子主要储存在SWCNTA的管壁附近,适当地增大管径和管间距可有效增加SWCNTA的物理吸附储氢量,使其在常温下具有较高的储氢能力,并给出了相应的理论解释.计算结果表明,在常温和中等压强下,SWCNTA的物理吸附总储氢量(重量百分比)可达4.2%,从而为同等条件下SWCNTA具有较高储氢能力的实验结果提供了直接的理论支持.     

镍掺杂单壁碳纳米管阵列储氢的理论研究

采用巨正则蒙特卡罗方法研究常温和中等压强下镍掺杂对单壁碳纳米管阵列物理吸附储氢的影响.计算结果表明,同碱金属掺杂相比,过渡金属原子的d轨道与碳原子的p轨道之间发生的轨道杂化,能更有效地提高镍掺杂SWCNTA的储氢效果.     

热处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

文章采用容量法测量在常温下压力升高到10 MPa时,多壁碳纳米管的吸附储氢性能,分析了热处理对碳纳米管的结构和吸附储氢量的影响。采用透射电镜(TEM)、激光拉曼光谱(Raman)和低温N2吸附(BET)对碳纳米管的微观结构进行表征。结果发现,热处理能明显地提高碳纳米管的石墨化程度,热处理后碳纳米管的质量储氢容量从原来的1.90%升高到2.17%。     

单壁氮化硼纳米管储氢的理论研究

采用蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的储氢,重点研究了单壁氮化硼纳米管的管径、管长和手性以及压强对其物理吸附储氢的影响.与单壁碳纳米管的物理吸附储氢相比较,氮化硼纳米管的储氢性能明显优于碳纳米管.计算结果显示,在常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到美国能源部提出的商业标准.     

不同预处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

研究了经不同预处理后多壁碳纳米管的储氢性能.结果表明:多壁碳纳米管的吸附量在0～12 MPa范围内有一个极大值,极值点的压力和吸附量与样品的种类,处理方法等密切相关;不同量不同碱金属的掺杂对多壁碳纳米管吸附的影响稍有不同;加热活化对提高多壁碳纳米管的吸附量很有效,常温下,在将近9 MPa的平衡压力下,可以达到4.48%...     

预处理对碳纳米管吸附储氢性能的影响

以Fe/S iO2为催化剂,采用化学沉积法裂解乙炔制备了多壁碳纳米管。研究了预处理对碳纳米管储氢性能的影响。使用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和低温N2吸附(BET)对预处理前后的碳纳米管进行表征。结果表明:酸处理和热处理对碳纳米管的重量储氢容量有明显的影响,经酸处理后的碳纳米管样品在充氢压力10M Pa和30°C条件下的饱和重量储氢容量为1.90%,而粗样品只有0.4%,再经1 200°C,N2气氛下热处理后的重量储氢容量达到2.10%。     

三种缺陷碳纳米管储氢性能分子动力学模拟研究

采用分子动力学（MD）方法对3种含有缺陷的椅式（5,5）、椅式（6,6）和齿式（10,0）碳纳米管储氢能力进行了模拟研究,考查了缺陷大小、缺陷位置、碳纳米管直径和螺旋性以及温度对碳纳米管储氢性能的影响．模拟结果表明;碳纳米管在80K时的储氢能力明显高于298K时的储氢能力;在相同条件下,直径较大的碳纳米管储氢性能优于直径较小的;当碳纳米管上的缺陷孔较小时,碳纳米管在室温下即可达到较高的储氢量,且缺陷位于碳纳米管端部时的储氢量大于缺陷位于管壁时的储氢量,而碳纳米管的螺旋性对储氢量影响较小;当缺陷孔的尺寸变大时,碳纳米管的储氢量明显下降,与此同时,碳纳米管的螺旋性对碳纳米管储氢量的影响趋于明显,而缺陷所在位置对储氢量的影响则相应减弱．     

用作储氢材料的碳纳米管

氢能技术面临的最大科学挑战是能否将氢在常温常压下安全有效地储存和运输,碳纳米管具备一定的储氢能力并能快速地释放氢,但碳纳米管储氢要得以规模应用,其关键是如何利用碳纳米管储氢和怎样提高其储氢能力。对纳米碳管制备方法的改进、储氢机理的分析及其结构改性等方面都还需要更深入的研究,才能使得碳纳米管在储氢方面的实用价值得以实现,碳纳米管用于储氢电极材料将给储氢电池带来一场变革。     

碳纳米管的制备与应用

综述了清华大学机械工程系纳米碳材料实验室10年来在碳纳米管相关领域的研究成果。采用浮动催化法制备了多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和定向碳纳米管薄膜,针对各种产物的结构特点,研究了碳纳米管在力学、电学、复合材料、双电层电容器、场发射、储氢和环保等方面的性能。不同类型的碳纳米管具有不同的力学、电学和吸附性能,具有潜在的应用前景。     

Pulse gas alignment and AFM manipulation of single-wall carbon nanotube

In the fabrication process of nanoelectronic device arrays based on single-wall carbon nanotube （SWCNT）, oriented alignment of SWCNTs and property modification of metallic SWCNTs in the array are the key problems to be solved. Pulse gas alignment with substrate downward tilt is proposed to realize the controllable alignment of SWCNTs. Experimental results demonstrate that 84% SWCNTs are aligned in -15°- 15° angular to the pulse gas direction. A modified nanomanipulation technology based on atomic force microscope （AFM） is utilized to perform various kinds of SWCNT manipulation, such as SWCNT separation from the ＂Y＂ CNT, catalyst removal from the SWCNT end, continual nano buckles fabrication on SWCNT and even stretching to break, which provides a feasible way to modify the size, shape and the electrical property of SWCNTs.     

锂掺杂对单壁氮化硼纳米管阵列储氢的影响

采用巨正则蒙特卡罗方法,研究了锂掺杂对单壁氮化硼纳米管阵列(SWBNNTA-SingleWalled Boron Nitride Nanotube Array)物理吸附储氢的影响.揭示了锂掺杂是提高SWBNNTA储氢能力的有效手段,并给出了最佳的掺杂方案.计算结果表明,选择最佳的掺杂方案,并合理控制SWBNNTA的结构与尺寸,可使锂掺杂SWBNNTA在常温、中等压强下的物理吸附储氢量达到和超过美国能源部提出的2015年研究目标.     

面向SWCNT-FET制造的介电泳装配技术

针对单壁碳纳米管(SWCNT)场效应晶体管(FET)制造过程中面临的SWCNT装配问题,采用介电泳技术实现SWCNT在微电极上的有效装配.对SWCNT在非均匀电场中所受到的介电泳力进行了相关理论分析,利用COMSOL多物理场耦合软件模拟了介电泳驱动电场,并做了大量装配实验,获得了高效装配SWCNT所需的实验参数.AFM扫描观测及电特性测试验证了这种方法的有效性,同时也为其他一维纳米材料纳电子器件的装配制造提供了借鉴.     

A review on TiO2 nanotube arrays: Fabrication, properties, and sensing applications

Fabrication, properties, and sensing applications of TiO₂ nanotubes have been reviewed, and the highly ordered TiO₂ nanotube arrays made by anodic oxidation in fluoride-contained electrolytes highlighted. The effect of anodization parameters (electrolyte, pH, and voltage) on the titania nanotube size and shape were discussed. The excellent biocompatibility of TiO₂, the high orientation, the large surface area with tunable pore sizes, as well as the high electron transfer rate along with the nanotubes make TiO₂ nanotube array an ideal substrate for the sensor’s fabrication and application. The sensors based on the TiO₂ nanotube arrays for sensing hydrogen, oxygen, humidity, glucose and hydrogen peroxide all exhibited low detection limit, high stability, very good reproducibility and high sensitivity.     

单壁碳纳米管尺寸和手性对α-丙氨酸分子手性转变限域的影响

用量子化学ONIOM(B3LYP/6-31++g*:UFF)方法,考察扶椅型单壁碳纳米管SWCNT(5,5),(6,6),(7,7)、锯齿型SWCNT(9,0),(10,0),(11,0)和螺旋型SWCNT(8,2),(8,3),(8,4),(9,1),(9,2),(9,3)中的α-Ala分子结构和手性转变机制.结果表明:与单体相比,当α-Ala分子限域在直径小的SWCNT中时,其C—C—C键角、C—C—N—C二面角和H—N—H键角增加较大,其他结构参数值略有增减;只存在H先在羧基内转移,手性碳上的H再以羰基11O为桥梁转移的反应通道;当α-Ala分子限域在SWCNT(5,5),(9,0),(8,2),(9,1)中时,羧基内H转移和H从手性碳转移到羰基的能垒较低;α-Ala分子限域在SWCNT中的H转移反应能垒随管径的减小而降低;不同手性的SWCNT对H转移反应能垒影响较小.     

Synthesis of carbon nanotube array using corona discharge plasma-enhanced chemical vapor deposition

Carbon nanotube array plays an important role in the area of nanomaterials due to its potential applications, e.g. as field emitter in flat panel display[1,2] and as template for synthesizing arrays of other important nanomaterials[3]. Anodic aluminum oxide (AAO) template possesses an ordered porous structure that is formed through self-or- ganization during anodization[4,5], and is widely used to synthesize one-dimensional nanomaterial arrays[6]. Carbon nanotubes are usually assembled into t…     

Large scale production of carbon nanotube arrays on the sphere surface from liquefied petroleum gas at low cost

Liquefied petroleum gas (LPG), a cheap industrial material, is used as carbon source to produce carbon nanotube (CNT) arrays on ceramic spherical surface on a large scale in the floating catalyst process. The ceramic spheres provide huge surface area and good mobility, leading to the mass production of CNT arrays continuously. The arrays obtained from the surface are of good alignment, and the purity is as high as 97.5%. With the decrease of the growth temperature, CNTs in the array form with small-diameter of about 13 nm can be obtained. Therefore, with the industrial fuel as carbon source and the ceramic sphere as substrate, CNT arrays can easily be produced on large scale at low cost.