金屬修飾C60的結(jié)構(gòu)和氣敏性能的理論研究.pdf

1、自從1985年發(fā)現(xiàn)C60以來(lái)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及廣泛的應(yīng)用，已引起各國(guó)研究者的廣泛關(guān)注。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬不但可以在很大程度上解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)中部分實(shí)驗(yàn)條件很難達(dá)到的問(wèn)題，而且可以模擬相應(yīng)的反應(yīng)條件，為實(shí)驗(yàn)工作提供理論依據(jù)。最近，從環(huán)保的角度來(lái)看，捕獲或轉(zhuǎn)化CO2和N2O等溫室氣體，吸引了研究者廣泛的研究興趣，同時(shí)對(duì)于有毒氣體CO的探測(cè)和儲(chǔ)存也引發(fā)了廣泛的研究。在本文中，以密度泛函理論（DFT）為基礎(chǔ)，利用量子化學(xué)軟件D

2、mol3模塊中的廣義梯度近似（GGA）和局域密度近似（LDA）研究了Ca、Li、Na、K等金屬修飾的C60的結(jié)構(gòu)及電學(xué)性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上評(píng)估了其對(duì)CO2、N2O和CO的氣敏性能，經(jīng)研究總結(jié)得出：
　　1.研究了CO2和N2O氣體在Ca修飾C60表面的吸附。結(jié)果表明，CO2和N2O在純的C60分子表面的吸附相當(dāng)薄弱，并伴隨著微弱的電荷轉(zhuǎn)移。當(dāng)Ca修飾于C60表面上方后，Ca-C60體系對(duì)于CO2和N2O的吸附能力大大提高。Ca-C60

3、體系最多可以吸附5個(gè)CO2分子，當(dāng)C60表面被4個(gè)Ca原子修飾，形成Ca4C60的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)后可以最多吸附16個(gè)CO2分子。而N2O分子在與CaC60發(fā)生吸附后，吸附在體系中的N2O分子中的N—O可以發(fā)生劈裂形成無(wú)污染的N2。經(jīng)過(guò)計(jì)算并分析結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CO2分子吸附于純C60體系中時(shí)CO2的吸附能為-0.037eV，屬于物理吸附。當(dāng)CO2吸附于有Ca原子修飾的Ca-C60體系時(shí)，CO2的吸附能為-0.637eV。Ca原子起到了活化C6

4、0分子的作用，為Ca-C60體系吸附更多的氣體分子提供了前提條件。特別令人感興趣的是，在N2O分子吸附到Ca-C60體系的過(guò)程中，N2O的吸附能為-1.271eV，吸附后的N2O分子能夠發(fā)生劈裂得到更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，通過(guò)搜索這一反應(yīng)過(guò)程的過(guò)渡態(tài)，經(jīng)計(jì)算要得到最終劈裂后的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)需要跨越約為0.032eV的能壘，我們發(fā)現(xiàn)這一能壘小于N2O吸附到Ca-C60體系的吸附能，因而此過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)同樣的條件作用與Li、Na、K修飾的C60表面上

5、時(shí)，其吸附能力很弱。
　　2.研究了CO在堿金屬（Li、Na、K）修飾下的C60體系的吸附。CO不能吸附與純的C60分子表面，當(dāng)堿金屬（Li、Na、K）對(duì)于C60進(jìn)行修飾后，所得到的體系對(duì)CO的吸附能力也有了顯著的提高。LiC60、NaC60、KC60分別可以同時(shí)吸附5個(gè)CO分子，且能夠穩(wěn)定存在。當(dāng)C60表面被更多堿金屬原子修飾形成穩(wěn)定構(gòu)型后，穩(wěn)定體系Li12C60、Na12C60、K12C60分別可以最多吸附60個(gè)CO分子。CO

6、氣體在純的和經(jīng)過(guò)Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Ti修飾的C60表面進(jìn)行吸附，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)5個(gè)CO分子吸附在Li、Na、K摻雜的C60體系中的一個(gè)原子周圍，CO的平均吸附能分別為-0.338eV、-0.313eV、-0.248eV。當(dāng)12個(gè)Li、Na、K原子修飾C60時(shí)，最多可以有60個(gè)CO分子吸附于體系中。這些結(jié)果使我們得出這樣的結(jié)論：Li、Na、K修飾的C60可以用于捕獲CO氣體
　　因此，我們得到的結(jié)果不僅可以擴(kuò)大了C60