Fe_2O_3分子与单壁碳纳米管之间相互作用的研究

文章采用密度泛函理论(DFT),研究了一个、两个Fe2O3分子在单壁碳纳米管(9,0),(10,0)和(14,0)内部的稳定结构和电子性质,获得了随着单壁碳纳米管直径的增加,结合能逐渐增大,而带隙却减小.且由于Fe2O3分子填充单壁碳纳米管内后两者之间发生了相互作用,使得电荷从单壁碳纳米管转移到了Fe2O3分子;与放入一个Fe2O3分子的单壁碳纳米管相比,放入两个Fe2O3分子时,分子和碳纳米管结合能更大,结构更稳定.     

单壁碳纳米管吸附甲烷的计算模拟

利用巨正则系综Monte Carlo(GCMC)方法模拟甲烷在单壁碳纳米管中的吸附。采用Lennard-Jones(LJ)势能公式计算流体分子之间的势能,分别使用Lennard-Jones(LJ)势能公式和积分法计算流体分子与碳原子之间的势能。模拟中,首先将流体分子与单壁碳纳米管之间势能的两种计算方法进行比较,结果表明由这两种方法计算的势能差别很小;其次模拟了参数分别为(15,15)、(20,20)、(25,25)和(30,30)的单壁碳纳米管的吸附等温线;然后基于有效储存率(usable capacity ratio,UCR)分析了(15,15)、(20,20)、(25,25)和(30,30)的单壁碳纳米管的吸附能力与压强的关系,并分析了单壁碳纳米管的直径对有效储存率的影响,得到了温度为300 K,一定压强下的最佳吸附性能的单壁碳纳米管参数。     

H原子通过碳纳米管的分子动力学模拟

利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了氢原子在单壁碳纳米管中的运动.对温度为10K时,初始入射动能分别为1,5,10,15,20,30eV的H原子以不同的入射角度进入碳纳米管进行模拟,观察了氢原子与碳纳米管的吸附情况及在碳纳米管中的运动,并讨论了不同入射能量和入射角度对氢原子在碳纳米管中吸附的影响.结果表明,在能量为20eV时H原子能够很好的吸附在碳纳米管管壁上.     

C_(10)H_8修饰锯齿型单壁碳纳米管电子结构研究

通过对C10H8修饰锯齿型单壁碳纳米管的第一性原理电子结构计算,获得与相关文献第一性原理计算结果相一致的管外平衡距离,并在此基础上比较了不同吸附位置和构型的电子结构。发现C10H8与锯齿型单壁碳纳米管的管外吸附对能带带隙不产生显著的影响。进一步的比较分析发现,电荷的转移主要发生在价带第1、第2峰与导带第1峰之间,而价带第2峰对构型信息较为敏感。价带第1峰反应了C10H8分子与管轴位置的信息。相关结论将有可能应用于构建基于碳纳米管的高灵敏度、多功能有机分子传感纳电子器件。     

熔融法制备环氧功能化的碳纳米管

以三苯基膦(TPP)为催化剂,通过环氧基团和酸化碳纳米管上羧酸的酯化反应,将环氧树脂接枝到碳纳米管壁上,成功制备了环氧功能化碳纳米管.分别运用红外光谱(FTIR)、热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)对环氧功能化的碳纳米管进行了表征.用滴定的方法研究了反应温度和不同的环氧树脂对碳纳米管的环氧功能化程度的影响.研究表明:环氧基团已经成功地接到碳纳米管上;与酸化的碳纳米管相比,环氧功能化碳纳米管表面已经被环氧树脂包覆,从而使得碳纳米管直径增加;温度升高有利于提高碳纳米管的环氧功能化程度,相对分子质量较小的环氧树脂的转化效率比相对分子质量大的要高.     

氮掺杂(10,0)单壁碳纳米管的电子结构

利用密度泛函第一原理研究不同氮掺杂方式(10,0)单壁碳纳米管的电子结构. 当氮原子取代碳纳米管中的碳原子时, (10,0)单壁碳纳米管转变为n型半导体. 当氮原子吸附在碳纳米管表面时, (10,0)单壁碳纳米管转变为p型半导体, 同时与吸附氮原子相连碳原子的p轨道上的小部分电子被激发至d轨道上.      

单壁碳纳米管导电添加剂对锂离子电池正极材料电化学性能的影响

单壁碳纳米管具有极高的长径比和优异的电学与力学性能,在锂离子电池导电添加剂中有着良好的应用前景.针对单壁碳纳米管在电池浆料中分散性差的问题,利用Birch还原烷基化反应对单壁碳纳米管进行可控功能化修饰,制备兼具良好导电性与分散性的碳纳米管材料,并考察其作为导电添加剂对锂离子电池正极材料电化学性能的影响.结果表明,以经过3轮烷基功能化修饰的单壁碳纳米管为导电添加剂时,锂离子电池的循环性能与倍率性能均优于其他样品,在5 C的放电倍率下循环400圈后仍有110 mAh/g的比容量.     

SWCNTs猝灭CdTe量子点荧光纳米传感体系测定凝血酶

本文利用单壁碳纳米管(SWCNTs)对凝血酶(Thrombin)适配体功能化的CdTe量子点的荧光猝灭作用及凝血酶适配体与SWCNTs相互作用的机理,通过体系中凝血酶存在与否及凝血酶浓度的高低来调控量子点荧光强度的大小,建立荧光纳米传感体系,从而实现对凝血酶的检测.     

单壁碳纳米管的制备和纯化研究

采用双金属Eu/Ni做为催化剂,用直流电弧放电法制备单壁碳纳米管(single walled carbon nanotubes, SWNTs),并对其进行了纯化处理.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对所得样品进行了表征.结果表明,以双金属Eu/Ni为催化剂与Y/Ni为催化剂合成的单壁碳纳米管直径分布相近,其中1.36 nm为直径的碳纳米管占多数.经纯化处理的单壁碳纳米管有较高的纯度.     

不同结构单壁碳纳米管热传导的分子动力学模拟

采用基于线性响应理论的平衡态分子动力学方法,计算了扶手椅型和锯齿型单壁碳纳米管(SWNTs)的导热系数,并给出其随管长、直径和温度的变化.在此基础上,对2种结构SWNTs的热传导性能进行了比较.模拟结果表明:SWNTs的导热系数在管长较短时随着管长的增加有所浮动但并不收敛,随温度的升高,导热系数将降低;2种结构SWNTs的导热系数均随着直径的减小而升高,且在相同直径时,不同结构碳纳米管的导热系数相差不大,这与输运方程进行理论求解的结果较为一致.     

Fenton试剂改性单壁碳管的FTIR和Raman光谱研究

单壁碳纳米管SWNTS(single-walled carbon nanotubes)经焙烧和浓盐酸纯化处理后,使用Fenton试剂对碳管进行化学改性处理,研究羟基自由基(·OH)对碳管表面和结构的影响,并运用红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)进行了表征.FTIR结果表明,改性后碳管结构中主要引入羟基和羰基等含氧官能团;Raman光谱分析表明,随着处理时间的不断增加,单壁碳管D线和G线的强度之比即ID/IG的比值也不断增加.根据改性前后碳管的FTIR和Raman光谱变化,探讨了·OH与单壁碳管作用的可能机理.机理分析表明,这些含氧官能团可以看作是具有强亲电性和强氧化性的·OH对碳管上缺陷位置和不饱和键进行攻击的结果.     

Different effects of substrates on the morphologies of single-walled carbon nanotubes

In this work, different effects of substrates on the morphologies of single-walled carbon nanotubes （SWNTs） are studied. SWNTs were produced by floating catalytic chemical vapor deposition using CH4 as carbon source gas and Ar as carrier gas. Then the SWNTs were deposited on lithography-patterned different substrates. The as-grown SWNTs at the boundaries between SiO2 and metal were characterized by scanning electron microscopy, atomic force spectroscopy and Raman spectroscopy. It is found that SWNTs deposited on low-conductivity substrates trend to have curved morphologies and some of them form rings, while SWNTs deposited on metal sub- strates remain straight and orientated. The mechanism of these effects was also discussed, which is closely related to the thermal conductivities and the principle of energy dissipation.     

Recent progresses on the new condensed forms of single-walled carbon nanotubes and energy-harvesting devices

We demonstrate an effective method to prepare a new condensed form of single-walled carbon nanotubes (crystal of SWNTs) using a series of diamond wire drawing dies. X-ray diffraction indicates that the SWNTs form a two-dimensional triangular lattice with a lattice constant of 19.62 ?. An intertube spacing of 3.39 ? of between adjacent SWNTs results in a sharp (002) reflection in the X-ray diffraction pattern. Meanwhile, we developed an approach based on the Coulomb explosion to separate SWNTs from their bundle. The separated SWNTs have a typical length of several microns and form a nanotree at one end of the original bundle. The separation is convenient and involves no surfactant. In studying devices comprising SWNTs, we find that a four-probe technique can be employed to study the filling of and flow within the inner channel of an individual SWNT. Current/voltage can drive water molecules to have directional flow along an SWNT, and the flowing of water inside an SWNT can induce a voltage gradient force (an induced electromotive force) along the SWNT. This energy conversion is realized by the mutual coupling of water dipoles and charge carriers present in SWNTs. The results suggest that SWNTs can be exploited as molecular channels for water and may find potential application in nanoscale energy conversion. Moreover, a surface-energy generator comprising SWNTs was demonstrated to harvest the surface energy of ethanol. The performance (the induction rate for V _oc, the value of V _oc and the output power) can be significantly enhanced by the Marangoni effect.     

自组装单分子膜的缺陷及修饰研究现状

综述了自组装单分子膜的结构及组装方法,缺陷产生的机理、表征方法,以及对自组装单分子膜缺陷的修饰方法．自组装单分子膜可分为单层膜和多层膜．单层膜主要指以共价键和离子键为驱动力形成的,多层膜的组装方法主要是分子沉积(MD)技术和基于化学吸附的自组装单分子膜技术．自组装膜的缺陷对其具有的特殊性能有影响,分子的倒伏造成了膜的缺陷,其影响因素很多,其中基片表面的化学组成与化学性质和成膜分子自身性质起决定作用;优化成膜反应条件,可有效地控制膜的增长．     

热镀锌板上γ-APT硅烷自组装膜的制备及相容性

采用交流阻抗谱和接触角的方法研究了γ-APT硅烷的单分子自组装膜在热镀锌钢板表面的成膜过程,以及γ-APT硅烷自组装膜和γ-GPT硅烷的相容性.实验成功制备硅烷单分子自组装膜.组装开始时硅烷分子水解生成硅醇键的一端快速吸附在锌的表面并形成了Si—O—Zn键,硅烷分子之间的硅醇键随即脱水形成Si—O—Si键,从而自组装成为有序、规律排布的单分子自组装膜,组装10 h后膜的完整性最好,随后形成连续性较差的混杂膜.经过10 h组装后的γ-APT硅烷自组装膜与γ-GPT硅烷具有良好的相容性.     

官能团化聚丙烯对Mg(OH)2/PP断裂形态的影响

制备了Mg(OH)2/PP及其官能团化聚丙烯（FPP），丙烯酸（AA）改性复合材料，用SEM研究了复合材料的冲击与弯曲断口形态。研究表明FPP或AA加入及其在DCP存在AA原位形成FPP强化Mg(OH）2）/PP复合材料中粒子与基体间的相互作用。改善界面黏结和改变复合材料的断裂行为。原位形成FPP改性Mg(OH)2/PP复合材料中作用更加明显，但其作用效果与AA，Mg(OH)2用量有关。     

CPO在金-碳纳米管修饰电极上的固定化及应用

应用电化学方法在碳纳米管修饰的玻碳电极上沉积金,继而固定氯过氧化物酶(CPO),制得的CPO-Au/SWNTs/GC修饰电极的循环伏安曲线上呈现一对对称的氧化还原电流峰,说明CPO在金-碳纳米管复合修饰膜上可进行直接的电子传递,并且是一个受吸附控制的准可逆电极过程.循环伏安行为与溶液的pH值密切相关,是典型的一电子一质子反应.修饰电极性能稳定,对氧的电化学还原具有很好的催化作用,可应用于原位产生过氧化氢下CPO催化的有机合成反应.     

铝金属薄膜上制备OTS自组装分子膜的摩擦学特性

为研究铝金属薄膜上三氯十八硅烷(OTS)自组装分子膜的摩擦学特性,采用自组装的方法在铝金属薄膜上制备OTS自组装分子膜,分析了纳米尺度和毫牛尺度下载荷、滑动速度以及紫外照射对薄膜摩擦学特性的影响.结果表明:制备的OTS自组装分子膜具有疏水特性和良好的润滑性能.紫外照射5 min后,自组装分子膜摩擦力降低;紫外照射15 min时,自组装分子膜的网状结构受到破坏,减弱了润滑效果.在纳米尺度和毫牛尺度下,摩擦力随载荷和滑动速度的增大而增大;铝金属薄膜摩擦系数降低时,自组装分子膜磨损显著降低,摩擦副的耐久性略有提高.     

Diameter-controlled growth of aligned single-walled carbon nanotubes on quartz using molecular nanoclusters as catalyst precursors

Molecular nanoclusters containing Fe and Mo atoms have been used as catalyst precursors for the growth of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) on stable temperature (ST)-cut quartz substrates by chemical vapor deposition. Attribute to the uniform catalyst nanoparticles and the confinement effect of the crystalline substrates, well-aligned SWNTs with narrow diameter distribution have been synthesized. Atomic force microscopy measurements show that the mean diameter of the nanotubes obtained by thermal decomposition of ethanol at 900°C is 0.76 ± 0.16 nm, which is the smallest among all reported results for aligned SWNTs. The mean diameter of the nanotubes increases with growth temperature. In addition to using identical nanoclusters as the catalyst precursors, the avoidance of annealing treatment of catalyst precursors is also a key point for obtaining SWNTs with controlled diameters. Using these identical nanoclusters as catalyst precursors and carefully tuning the growth parameters make us closer to the ultimate goal of controlling the chirality of SWNTs.     

用浮动催化裂解法制取单壁碳纳米管

为寻找一种可以批量制备高质量、高产率单壁碳纳米管的方法 ,对浮动催化裂解碳氢化合物法制取单壁碳纳米管进行了研究。实验采用苯为碳源 ,二茂铁为催化剂 ,氢气为载气 ,噻吩为添加剂。采用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜以及拉曼谱等方法对产物进行检测与评估 ,分析了参数对产物的影响。结果表明 ,裂解温度越高 ,越有利于单壁碳纳米管的生长 ;发现通过碳源和直接通入反应室的 H2 流量比为 1:2时 ,较利于单壁碳纳米管的生长。浮动催化裂解法制备出来的单壁碳纳米管直径约为 1nm,直径分布较均匀 ,并且可以半连续、低成本地生产