石墨氧化物浸入水或甲醇溶液的分子动力学模拟研究.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又石墨氧化物浸入水或甲醇溶液的分子动力学模拟研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：耿皖皖凝聚态物理袁岚峰副研究员二。一二年五月㈣UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationforMaster’Sdegree石墨氧化物浸入水或甲醇溶液的分子动力学模拟研究MolecularDynamicsSimulationofGraphiteOxidelmmersedinanExcessofH20orMethanoIAU场or’SName

2、：Speciality：一’bupervlsor：Finishedtime：Wan—wanGengCondensedMatterPhysicsA．ELan—FengYuanMay,2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同二[作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为中请学位的条件之一

3、，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有!学位论文的部分使J{j权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(年)作者签名：罩遂缸签字日蝴．／'／7刖／2、么R签字日期：乙、6．b坚矗鼠一“妻刎孙瑚别阳豫字i¨y￡L鼢签摘要摘要随着理论计算方法

4、的持续进步和计算机技术的大力发展，计算机模拟已经成为一种重要的科学研究方法。分子动力学(MD)是一种重要的分子模拟方法，可以提供实验无法得到的信息。石墨氧化物(GO)具有独特的力学，电学，光学等性质，在许多方面都具有一定的应用前景，如制作太阳能电池，高强度高导热性复合材料等。在石墨氧化物的实验研究中，Talyzin等人发现了一个反常的现象，即把石墨氧化物浸入过量的水或甲醇溶液中时，在增压的过程中，石墨氧化物的层间距并没有随着压强的增大而减小，反而是随着压强的增大而增大。为了具体的模拟石墨氧化物浸入水或是甲醇溶液

5、时增压后的情况，首先必须要确定一个合理的石墨氧化物的模型。在石墨碳层上分布不同数量的含氧基团，如环氧基团，羟基基团，基于密度泛函理论(DFT)优化后，获得几个不含水的不同氧化程度的石墨氧化物的模型，但因为不含水的石墨氧化物的层间距与实验测得的数据不符，仅有6A左右。同时实验所采用的样品是含水的，这说明真正合理的石墨氧化物模型是间层中含水的。然后，我们又优化了几种不同氧化程度的含水石墨氧化物，对照实验数据，选取合适的石墨氧化物进行分子动力学模拟。在接下来的分子动力学模拟中，我们比照实验过程，分别使用不含水和含水这

6、两种石墨氧化物的模型，分别浸入水或是甲醇溶液中进行分子动力学模拟。可以发现，当间层中没有水分子的存在时，间层中没有内压力，也就不能把溶剂分子压入间层中，在模拟的几种压强下，石墨氧化物都观测不到结构膨胀的现象。当间层中有水分子的存在时，间层中内压力大于溶液外压力，石墨氧化物在水溶液和甲醇溶液中，都会有结构膨胀的现象。膨胀的程度与实验所得的数值相吻合。但由于模拟所采用的模型较小，石墨氧化物的层数也仅有两层，碳层的扭曲变形使得石墨氧化物浸入水中时，层问距并没有随着压强的增大发生较大的变化。而浸入甲醇溶液中时，随着压强

7、的增大层间距有一定程度的减小。本文通过从头计算法和分子动力学的方法对石墨氧化物浸入水或是甲醇溶液进行研究，我们发现在体系增压的情况下确实可以把溶剂分子压入问层中，导致层间距发生反常的变化。这与实验的结果相吻合。而且在增大压强的过程中，浸入水中和浸入甲醇中，层间距的变化也不同。关键词：石墨氧化物含水石墨氧化物层间距分子动力学模拟密度泛函理论摘要AbstractABSTRACTWiththedevelopmentofcomputertechnology，atthesametime，withthecontinuedp

8、rogressoftheoreticalcalculations．computersimulationhasalsobecomeallilnportantmethodofscientificreseal'ch．Moleculardynanicsisanimportantcomputersimulationmethodinscientificresearch，itcangetsomein