摻雜碳納米管氣敏性能的理論研究.pdf

1、繼碳富勒烯和碳納米管成功合成之后，半導體納米團簇的研究一直是國際學術界關注的重要研究課題之一。硼、碳、硅等為基礎的半導體團簇，在電子學、光學、光電子學、熱學以及生物學等方面表現(xiàn)出許多優(yōu)良的物理化學性能，是團簇領域研究的熱點。隨著現(xiàn)代實驗技術的發(fā)展，越來越多的半導體納米簇被成功研制出來，相關的理論研究也隨之開展起來，基于量子化學計算人們從原子、分子層次上研究這些團簇的幾何結構和電子性質，探討它們的生長機制，預測其特殊的物理化學性能，從而為

2、相關的實驗研究提供一定的理論依據(jù)。 本論文用量子化學方法開展了兩方面的理論研究：一方面探討了二氧化硅團簇與CF<,n>(n=1-3)自由基的反應性能，另一方面研究了Si、N摻雜的碳納米管與若干氣體小分子的相互作用。主要研究內容和創(chuàng)新性結果如下： 一、用密度泛函理論在UB3LYP/6-31G(d)水平上研究了二元硅氧環(huán)與CF<,n>(n=1～3)自由基的反應，弄清了微觀反應機理，計算了反應的活化能和反應熱。計算結果表明反應

3、按兩類相互競爭的機理進行：一類是不涉及C—F鍵斷裂的反應，另一類是Si—O和C-F鍵同時斷裂的反應。CF<,2>自由基與二元硅氧環(huán)反應所需活化能最小、驅動力最大，是Si—O鍵最有效的刻蝕劑，與實驗結果一致。與CF<,3>相比，CF、CF<,2>自由基是室溫下較有效的刻蝕組分，其中CF<,2>被期望有最高的刻蝕效率。 二、研究了半導體純(8,0)碳納米管和Si摻雜子的碳納米管與一些有毒氣體如甲醛、一氧化碳和硫化氫的相互作用。計算的

4、幾何結構、吸附能以及電荷轉移的結果表明純碳納米管對這三種有毒氣體均沒有反應活性，而Si原子摻雜的碳納米管則顯示了不同程度的反應活性。通過詳細的態(tài)密度分析，我們建議硅摻雜的碳納米管可以用作一氧化碳傳感器、甲醛捕捉器以及消除硫化氫的微反應器。 三、研究了氮原子摻雜的碳納米管對BH<,3>氣體的吸附性能，發(fā)現(xiàn)了一種有重要價值的增敏體系。與純碳納米管相比，氮原子摻雜使碳納米管在摻雜部位發(fā)生了結構形變，電子運動性質也發(fā)生了明顯變化。計算的