碳纳米管吸附海水中氯化盐的理论计算研究

【摘要】纳米材料领域的研究热点——碳纳米管，因其特有的一维几何结构，具有独特的物理化学性能，其对金属的吸附在能源和水资源等领域具有广阔的应用前景，吸引了很多研究者的关注。本论文运用第一性原理计算方法研究了碳纳米管对碱土金属原子、碱金属氯化物及碱土金属氯化物的吸附特性，分析了吸附的机理，得到了如下主要结果：1．碳纳米管对碱土金属原子的吸附。碳纳米管对碱土金属原子的吸附主要依赖于碳纳米管的手性、位置以及碱土金属的特性。完整盖帽的(9,0)碳纳米管对碱土金属的吸附能大于完整盖帽的(5,5)碳纳米管对碱土金属的吸附能。碱土金属原子在碳纳米管五元环和六元环两个位置处的吸附存在明显的不同，碱土金属原子在六元环上的吸附能明显大于在五元环上的数值，并与碳纳米管的手性无关。碳纳米管吸附碱土金属原子后功函数明显降低，并与被吸附碱土金属原子的电负性成线性关系。碱土金属原子的电负性越大，吸附后碳纳米管功函数降低的越小。碳纳米管的功函数可以通过其吸附不同金属原子来进行调控。2．碳纳米管对碱土金属氯化物、碱金属氯化物的吸附。碳纳米管对碱土金属氯化物、碱金属氯化物的吸附能小于600meV，属于物理吸附。吸附能大小主要与氯化物的电偶极矩、吸附距离两个参量有关，同族金属氯化物的吸附能和偶极矩与吸附距离的平方之比成线性关系。利用差分电荷密度、态密度和Bader电荷分析了碳纳米管与金属氯化物间的吸附机理，两者之间并没有发生电荷的转移，吸附主要是通过偶极相互作用来完成的。3．水分子对碳纳米管吸附金属氯化物的影响。碳纳米管基本不吸附水分子，因此在氯化物与水分子共存的环境中，碳纳米管将优先吸附氯化物；吸附了金属氯化物的碳纳米管对水分子的吸附能明显增大，说明金属氯化物修饰后的碳纳米管与水分子相互作用增强。这一结果对碳纳米管应用于海水资源提取提供了理论依据。
【作者】刘维慧；
【导师】元光；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋信息探测与处理，2014，博士
【关键词】碳纳米管；吸附；碱土金属；氯化物；

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