碳纳米管储氢的计算.doc

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1、碳纳米管储氢的计算学号：4姓名：娜仁·阿尔别克专业：应用化学指导老师：王桂香摘要：碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯

2、齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性碳纳米管是一类性能独特和具有广泛应用前景的新型碳材料。碳纳米管由于高长径比、高表面积、小尺寸等特殊的结构，以及表现出来的特殊的物理性能，使得它在很多领域拥有很大的应用潜力。本文首先建立了氢分子之间和氢分子与碳原子之间的相互作用势能模型，借助于分子动力学方法对单壁碳纳米管的储氢过程进行了模拟计算，得出了氢分子密度在碳纳米管径向方向上的分布曲线，提出了储氢的多层吸附机制，解释了密度曲线的规律。文中得到的一些结论为进一步研究碳纳米管储氢问题提供了有益的理论依据。关键词：单壁碳纳米管的结构；分子动力学；储氢；多层吸附；计算。Abstract:Carbonnanotubes

3、haveattractedmuchattentionfortheirmanypromisingpropertiesandpotentialapplications．Tilecarbonnanotubeshavespecialstructureandexcelentphysicalproperties，suchashighaspectratio，highsurfacearea，smallsizeetal，SOtheyownpotentialapplicationsinmanyfileds．theadsorptionofhydrogengasintosingle-walledcarbonnanot

4、ubes(SWCNTs)isstudiedbymoleculardynamics.wefindthatregularitiesofdistributionforhydrogenmoleculeareconputed.weanalysistheresultstheoreticallyandfindphysicalinterpretation.multilayeradsorbedinsingle-wanlldecarbonnannotubesareconputed.itprovideessentialtheoreticalreferrenceforfurtherstudinghydrogenads

5、orptioninsingle-walledcarbonnanotubes.Keywords:single-walledcarbonnanotubes；moleculardynamics;adsorptionhydrogen;multilayeradsorption;computer前言：碳纳米管自1991年被Iijima博士在电弧蒸发石墨电极制备C60的实验产物中意外发现后.由于它结构的奇异性以及表现出的奇异的力学,电子及磁学性质,可望在结构增强材料,纳米器件,场发射材料,催化剂载体,电磁屏蔽材料,吸波材料,能源材料,等众多领域获得广泛应用.碳纳米管是晶型碳的另一种异形体具有一维纳米结构.许

6、多学者推测碳纳米管可能成为二十一世纪人类大规模应用纳米材料的突破口.根据构成管壁碳原子层的层数不同碳纳米管(CNT)可分为单壁纳米管(SWNTS)和多壁纳米碳管(NWNTS).二者都是由单层或多层的石墨片层卷曲而成的.具有长径比很高的纳米级中空管,以下主要介绍单壁碳纳米管的结构。正文：单壁碳纳米管的结构:单壁碳纳米管可看成是由单层石墨片卷曲而成，图l为石墨片的平面结构．图1中a1，a2,为固体物理学原胞基底矢量，T为碳纳米管的轴线方向(Tubeaxis)矢量，Ch所在的位置为管圆周方向，它与T垂直，形成碳纳米管时,Ch向量的始末端重合，Ch称为手性矢量,它可表示为式中，m,n称为单壁碳纳米管的

7、结构参数，它们均为整数．图l中，为手性角，它是Ch与a1或a2夹角中的最小的角．当m=n时，=300，此时的管称为扶手椅型单壁碳纳米管(ArmchairSWNTs)；当m=0或n=0时,=0，此时的管称为锯齿型单壁碳纳米管(ZigzagSWNTs)；当m,n为其他值时，0<<300，此时的管称为手性型(或螺旋型),单壁碳纳米管(ChiralSWNTs)．Ch的大小为式中，ac-c为相邻碳原子距离，