有机物插层氧化石墨的分子动力学计算研究.pdf

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1、有机物插层氧化石墨的分子动力学计算研究2012赵二正硕士矿物加工工程彭同江教授ClassifiedIndex:O742U.D.C:548.3SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisMolecularDynamicsCalculationStudyofOrganicsIntercalatedGraphiteOxideGrade:2012Candidate:ZhaoErzhengAcademicDegreeAppliedfor:MasterS

2、peciality:MineralprocessingengineeringSupervisor:Prof.PengTongjiangApril.15,2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下（或我个人……）进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使

3、用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要本文采用“实验制备-模拟计算”的研究思路，利用改进的Hummers法制备了最佳条件下的氧化石墨（GO），继而以苯胺（ANI）、季铵盐（CnTAB,n=12,14,16,18）对其进行插层处理，获得了ANI/GO和Cn

4、TAB/GO插层复合物，并对相关样品进行了表征分析；在实验研究的基础上，分别建立GO、ANI/GO和CnTAB/GO插层复合物的结构模型，并采用分子力学和分子动力学方法对其进行模拟计算；最后探讨了ANI和CnTAB分子在GO层间的排列方式，研究了模拟计算在GO加工中的应用。实验结果表明，GO的层间距为0.848nm，结构层上接有羟基（-OH）、环氧基（C-O-C）、羧基（-COOH）和羰基（-C=O）等含氧官能团，C/O摩尔比接近于2/1；随ANI用量的增加，ANI/GO插层复合物的层间距逐渐增大到饱和值1.47n

5、m，层间的ANI分子数逐渐增加到50个，ANI分子在GO层间倾向于单层平躺排列；随CnTAB用量的增加，CnTAB/GO插层复合物的层间距分别逐渐增大到饱和值2.64、3.00、3.40和3.65nm，层间的CnTAB分子数分别增加到40、42、45和48个，CnTAB分子在GO层间可能的排列方式分别为1~4、1~5、1~5和1~6层平躺排列或单层平躺、单层倾斜和单层直立。计算结果表明，GO结构模型的层间距为0.849nm，与实验数据吻合，且优化前后的密度和晶胞体积变化较小，表明了本文GO结构模型和模拟方法的合理性

6、；结构优化后总能量的降低导致其结构层面由初始的平整规则出现了不同程度的弯曲及倾斜，结构优化前后均以键角弯曲为主；随ANI分子数的增加，ANI/GO插层复合物的层间距逐渐增大，密度先减小后增大，晶胞体积先增大后变化较小，自扩散系数逐渐减小，分子之间的紧密程度和排列有序度逐渐增大；随CnTAB分子数的增加，CnTAB/GO插层复合物的层间距和晶胞体积呈阶梯状（阶梯数分别为4、5、5、6）逐渐增大，密度出现增大与减小交替变化的整体下降趋势，分子之间的紧密程度逐渐减小，自扩散系数和排列有序度逐渐增大；结构优化后，结构层面由

7、初始的平整规则出现了不同程度的弯曲及倾斜，ANI分子在GO层间仍呈单层平躺分布，对应于局部密度分布的一个峰，CnTAB分子由初始的单层平西南科技大学硕士研究生学位论文第II页躺分别呈现出1~4、1~5、1~5和1~6层平躺排列，对应于局部密度分布出现的1~4、1~5、1~5和1~6个峰，插层复合物结构优化前后分别以范德华作用和键角弯曲为主；模拟和实验的差异主要与分子的吸附方式、GO的结构模型及实验方法和条件的不同等因素有关；从能量和结构的角度探明了ANI分子在GO层间的最优排列为单层平躺排列，CnTAB分子在GO层

8、间的最优排列分别为1~4、1~5、1~5和1~6层平躺排列。本论文的研究揭示了GO插层复合的相关机理，具有重要的理论和实际意义，能够为GO及层状矿物的插层复合研究提供理论依据和实验指导。关键词：氧化石墨苯胺季铵盐分子力学分子动力学西南科技大学硕士研究生学位论文第III页AbstractTheresearchideasof"experimentalprepar