碳纳米管吸附特性的分子模拟研究简

碳纳米管是一种重要的一维纳米材料,具有许多独特的力学、电学和化学性质。碳纳米管的吸附特性一直是碳纳米管领域研究的一个热点。碳纳米管特性的分子模拟研究主要有2种方法,一种是密度泛函理论方法,另一种是分子动力学模拟方法。该研究对碳纳米管的结构特征进行了介绍,重点对碳纳米管吸附特性的密度泛函理论研究和分子动力学模拟研究进展进行了综述,同时简要介绍了密度泛函理论和分子动力学模拟这2种分子模拟,展望了分子模拟研究方法在碳纳米管吸附特性研究方面的发展方向。     

碳纳米管的振动研究进展

综述了近年来碳纳米管的振动特性的理论数值方法研究进展,着重介绍了基于经典连续体理论、分子结构力学/原子有限元以及基于原子研究的分子动力学等方法研究单、多壁碳纳米管振动特性的现状。     

硼氮共掺杂碳纳米管水分子内表面吸附电子特性研究

基于第一性原理的密度泛函理论,通过迭代求解密度泛函理论近似的薛定谔方程,计算硼氮共掺杂碳纳米管体系的总能,得到了体系的几何结构和电子结构,并研究了硼氮共掺杂碳纳米管的水分子内表面吸附3种位型的吸附特性。结果表明,不论水分子初始位置如何,都将吸附在一个特定的位型上。此外,水分子吸附在体系的能隙中引入一个强局域性的吸附杂质带,导致体系的范霍夫奇异峰值发生变化,这对体系的输运和光学性能产生不可忽视的影响。     

甲烷高温热解制备乙炔的理论研究

通过密度泛函理论和反应力场分子动力学模拟, 探讨了甲烷(CH4)在不同温度和压强下热解到乙炔(C2H2)的过程. 结果表明, 高温低压有利于该转化过程. 热解的最佳温度是1800K, 最优压强是70～80kPa. 在高温下通过分子动力学模拟观察到: C2H2的主要形成源自C2H3的解离脱氢和C3H5的C—C键断裂, 主...     

（BN）2C4纳米管的电子态和电学性质

采用ROHF对（BN）2C4纳米管进行构型全优化,并用密度泛函理论的DFT/ROB3LYP方法计算了（BN）2C4纳米管的电子态分布.根据其前沿分子轨道能量数据、电子态分布曲线和成键电子云密度分布图形,研究讨论了掺入硼氮对碳纳米管导电性的影响,并与BNC2纳米管作了比较.结果表明：（BN）2C4纳米管具有掺杂窄带半导体的导电性.     

毒死蜱在硅(110)晶面吸附的分子动力学模拟

为了研究利用硅微传感器检测农药——毒死蜱,基于分子动力学模拟方法,采用Materials studio软件进行研究,模拟真空环境和水环境中硅(110)晶面对毒死蜱分子的吸附过程,计算出了吸附能和吸附性能等。结果表明:水环境中毒死蜱和硅晶面的吸附能小于真空环境下的吸附能,其中毒死蜱与水分子的疏水作用能为吸附能变化的主要影响因素;水环境下最终吸附平衡构型中,分子并不完全吸附于基底,模拟温度在288 K、模拟时长在600 ps时,被吸附农药的分子量最多;毒死蜱分子距离硅晶面越近,被吸附的分子量越多。研究表明,在实际农药检测工作中,288、298、308 K温度下硅微传感器检测农药毒死蜱浓度的结果需要对应不同的浓度限值,即0.030、0.020、0.027 mg·L^-1。     

金属离子-质膜相互作用的分子动力学模拟研究

为研究植物根表质膜与土壤溶液界面上的双电层结构对金属离子在质膜上吸附以及吸收的影响,从分子水平探讨质膜表面电势下金属离子与质膜的相互作用,建立了质膜与金属溶液的界面模型,采用分子动力学方法模拟了质膜界面K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等碱/碱土金属阳离子与Cu~(2+)、Cd~(2+)等重金属离子的结合与分布过程。通过对吸附构型、浓度分布等统计分析,发现阳离子在质膜表面主要与质膜头部的羰基和磷酸基团等极性基团结合;二价阳离子吸附作用比一价阳离子更为强烈,并造成质膜表面电势的反转,直接控制着扩散层中离子的分布特征。分子动力学模拟结果与描述界面双电层结构的Gouy-Chapman-Stern(GCS)经典理论很好地吻合,可以从分子水平预测和解释金属阳离子与质膜相互作用的动态过程。     

甲醇、CO和水在Pt（111）表面吸附的理论研究

基于第一性原理的密度泛函理论,利用密度泛函理论和周期平板模型相结合的方法,并使用MaterimalsStudio4.0软件中的Dmol 34.0程序包来模拟甲醇、CO、水在Pt(111)表面的吸附反应,计算出各位点的吸附能、态密度以及能带分析图.     

续随子醇L713,283二萜类化合物溶液构象的分子模拟

将续随子醇L713,283二萜类化合物放入甲醇和氯仿两种不同极性的溶液中,分别进行长时间的分子动力学模拟.结果表明,续随子醇L713,283二萜类化合物在氯仿溶液中更稳定,构象波动幅度更小;续随子醇L713,283二萜类化合物五元环和十一元环侧链上的O71及O15与甲醇羟基所形成的较稳定氢键是其易溶于含氧有机溶剂的重要驱动力.基于续随子醇L713,283二萜类化合物在氯仿溶液中的3个代表性构象,用密度泛函理论优化获得它们的稳定构象、静电势电荷及键参数.模拟结果与试验吻合较好,为基于配体结构的药物分子设计提供了理论基础.     

[Fe(CH3bipy)(NCS)2]2bpym及其相关配合物光电性质的理论研究

以密度泛函和含时密度泛函为理论基础,通过Gaussion03程序,应用密度泛函中的B3LYP方法,在6-31G(d)基组下,对[Fe(CH3bipy)(NCS)2]2bpym及其相关配合物的电子结构、光谱性质进行了系统的量子化学理论研究,比较了配合物的几何构型、红外光谱和前线分子轨道。该研究可以对有关铁为中心金属离子的具有较好发光性质的配合物的开发与利用有一定的促进作用。     

脱支链葡甘聚糖单链螺旋构象的研究

目的:研究支链对魔芋葡甘聚糖(KGM)分子螺旋结构的影响规律及脱支链KGM分子链构象形态.方法:采用不同外场条件下真空中分子动力学模拟的研究方法.结果:研究表明支链是维持KGM分子螺旋结构的重要基团,脱支链KGM分子链的螺旋构象是由局部的折叠片段组合而成;脱除支链后的KGM的构象更稳定,且真空中对分子链构象影响最大的非键合作用力仍是静电作用,当温度高于343K时脱支链KGM的螺旋构象消失,分子链呈现直链伸展状态.结论:分子动力学模拟方法是研究脱支链KGM螺旋结构的一种有效手段.     

钠原子在银(001)表面吸附的理论研究

用密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法对钠原子在银(001)面吸附的性质进行了理论研究. 计算表明, 钠原子吸附在银(001)面空位最稳定, 桥位次之, 而顶位吸附能量最高;优化得到的吸附结构几何参数与实验测定结果吻合. 对3种吸附结构的电子结构和局域态密度分析表明, 钠原子吸附到银表面后, 其电子将部分转移到金属表面, 导致银的费米能级上升, 化学活性增强. 通过比较氢气分子在洁净银表面和吸附了钠的银表面进行的裂解反应活性证实, 金属钠吸附在银表面表现出明显的助催化作用.     

钠原子在银(001)表面吸附的理论研究

用密度泛函理论（DFT）的广义梯度近似（GGA）方法对钠原子在银（001）面吸附的性质进行了理论研究．计算表明,钠原子吸附在银（001）面空位最稳定,桥位次之,而顶位吸附能量最高;优化得到的吸附结构几何参数与实验测定结果吻合．对3种吸附结构的电子结构和局域态密度分析表明,钠原子吸附到银表面后,其电子将部分转移到金属表面,导致银的费米能级上升,化学活性增强．通过比较氢气分子在洁净银表面和吸附了钠的银表面进行的裂解反应活性证实,金属钠吸附在银表面表现出明显的助催化作用．     

磺胺类药物光催化降解活性与分子电子结构相关性研究

以碳纳米管-二氧化钛为光催化剂,在可见光和紫外光照射条件下,研究磺胺、磺胺甲恶唑、磺胺噻唑及磺胺二甲嘧啶4种磺胺类药物在纯溶液和混合溶液中的光催化降解行为。采用量子化学理论中杂化密度泛函理论(DFT/B3LYP)对磺胺类分子构建几何模型,计算4种磺胺类药物的分子电子结构,研究它们光催化降解活性与分子电子结构的相关性。研究结果表明:4种磺胺类药物的可见光降解速率快慢为:磺胺>磺胺噻唑>磺胺甲恶唑>磺胺二甲嘧啶;纯溶液中磺胺类药物的光催化降解活性与分子电子结构存在密切的相关性,正辛醇-水分配系数越小、偶极矩越大、EHOMO越大、HOMO-LUMO能隙越小,降解速率越快;混合溶液中磺胺类药物的光催化降解速率不仅与其分子电子结构有关,也与其在光催化剂表面的吸附有关。     

SO2在Ni(111)表面分解吸附的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)方法对SO2及其分解片段的吸附结构和性质进行了理论研究.计算结果表明:在Ni(111)表面上SO2以S,O原子顶位平铺吸附最稳定;SO3以C3v轴倾斜表面吸附;SO自由基存在两种可能的吸附结构,一种是平铺吸附于Ni(111)面,另一种是以S端垂直吸附穴位,S原子在穴位为最优吸附位.对各吸附体系的态密度及电子转移分析表明,SOx吸附中均为衬底镍原子向硫的氧化物转移电子,改变了S—O键之间的电子分布,导致其键长变长,这有利于硫氧化物在镍表面的解离反应.S原子在Ni(111)表面的吸附中,Ni原子的s轨道向S原子转移电子,这与O的吸附机理有所不同.     

双空位缺陷对金属性碳纳米管量子电子学特性的影响研究

采用第一性原理的密度泛函理论计算方法,研究了2种不同分布的双原子空位缺陷(平行于管轴和斜交于管轴)对金属型(12,0)碳纳米管量子电子特性的影响。研究结果表明,平行于管轴的五边形-八边形-五边形(5-8-5)缺陷的转变能是最小的,是最稳定的缺陷结构分布;平行于管轴的5-8-5缺陷和斜交于管轴5-8-5缺陷都在价带部分引入了出现2个电子背散射中心,这对电子输运非常不利;斜交于管轴5-8-5缺陷比平行于管轴5-8-5缺陷对电导的抑制作用更大,这是由于斜交于管轴5-8-5缺陷破环了碳纳米管的轴向对称性。     

高效Zn卟啉类染料分子模型的设计

基于已合成的新型Zn卟啉光敏染料YD2-o-C8,设计一系列以苯、噻吩为共轭桥,以羧酸、氰基丙烯酸为受体的Zn卟啉类光敏染料分子,利用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法研究Zn卟啉类光敏染料在四氢呋喃溶液中的稳定构型.研究表明:对桥位和受体的功能化修饰降低了最低未占据分子轨道能级,减小了最高占据分子轨道到最低未占据分子轨道能级差.对于DSSCs中新型高效Zn卟啉类光敏染料的分子设计和性能筛选具有很好的理论指导作用.     

胶质沥青质对含蜡原油胶凝特性的影响研究进展

蜡晶析出形成三维网络结构是导致含蜡原油胶凝的直接原因,作为极性组分的胶质沥青质与蜡分子相互作用,会参与蜡结晶过程,改变析蜡特性,使原油胶凝行为研究趋于复杂。胶质沥青质与蜡分子间的微观动力学行为对介观蜡晶形态产生影响,进而在含蜡原油多相体系宏观流变性能上发挥决定性作用。在此从宏观层面基于流变实验归纳了胶质沥青质对含蜡原油流变性的影响及表征方法;从介观层面借助显微实验和分子模拟分析了胶质沥青质对蜡晶形态和粒度大小的影响,以及胶质沥青质与蜡晶间的协同作用机理;从微观层面通过分子动力学模拟介绍了分子聚并及相间作用,论述了胶质沥青质分子对含蜡原油胶凝特性的影响。最后提出分子动力学模拟含蜡原油胶凝领域的应用前景,以期为含蜡原油管道输送技术的发展奠定理论基础,对降凝剂的研发与应用提供参考。（图7,表1,参64）     

Si(001)-(2×2×1):H表面弛豫研究

目的 研究Si(001)-(2×2×1):H表面的几何结构和电子特性.方法 在周期边界条件下,采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势法,对Si(001)-(2×2×1):H表面结构进行了弛豫计算并对该表面进行电子结构分析.结果 结果表明弛豫作用使得部分电子从第一层硅原子转移到了第二层硅原子上,从而导致表层硅呈现正电性.结论 这样的电子结构特性将有助于负电性强的氧气分子在硅氢表面的吸附. 弛豫后的Si(001)-(2×2×1):H表面的能带结构具有半导体材料的特征.     

O在Rh(100)表面吸附的密度泛函理论研究

采用第一性原理的密度泛函理论计算了O原子在Rh（100）表面的吸附,得到了电子特性及各种结构参数,并给出了不同覆盖度下O原子在Rh（100）表面上3个位置吸附后的能量,结果表明,O原子在Rh（100）表面可以发生稳定的吸附,最高吸附能为2．53eV。同时,通过对O原子的态密度进行分析,得到如下结论：O原子在Rh（100）面上的吸附主要是由于O的2p轨道与基底金属的4d轨道相互作用的结果。