第一性原理研究過渡金屬元素?fù)诫s的氧化鋅納米管對(duì)噻吩和硫化氫的吸附.pdf

1、本文運(yùn)用第一性原理方法，我們研究了摻雜過渡金屬元素和稀土元素后(ZnO)15納米管結(jié)構(gòu)的改變以及對(duì)(ZnO)15納米管吸附噻吩和H2S的影響。我們總結(jié)得到了主要結(jié)論如下:
　　1、比較噻吩在過渡金屬原子TM(Ni/Co/Mn)摻雜的(ZnO)15納米管上的吸附發(fā)現(xiàn)，和未被吸附的噻吩相比，幾乎所有的吸附構(gòu)型中的S-C鍵都拉伸了（除了Zn4c-η2體系和Mn3 c-η1體系），這表明過渡金屬原子TM(Ni/Co/Mn)的摻雜削弱了S-

2、C鍵。通過計(jì)算噻吩在過渡金屬原子TM(Ni/Co/Mn)摻雜的(ZnO)15納米管上的吸附的吸附能我們可以得到這些結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性。對(duì)于相同的成鍵模型，噻吩吸附在過渡金屬原子TM(Ni/Co/Mn)摻雜的(ZnO)15納米管上的吸附能要比吸附在純的(ZnO)15納米管上的吸附能大，這表明納米管中過渡金屬原子的摻雜有效地提高了對(duì)噻吩的吸附活性。和純的(ZnO)15納米管吸附體系的HOMO-LUMO能隙值(1.92-1.95eV)相比，過渡

3、金屬原子TM(Ni/Co/Mn)摻雜的(ZnO)15納米管吸附體系表現(xiàn)出相對(duì)較小的能隙值(0.52-1.46eV)。我們可以看到過渡金屬原子TM(Ni/Co/Mn)的摻雜使得HOMO-LUMO能隙值得以減小。對(duì)于過渡金屬原子TM(Ni/Co/Mn)摻雜的(ZnO)15納米管吸附體系，η1成鍵模型的HOMO-LUMO能隙值要比η2成鍵模型的HOMO-LUMO能隙值小。過渡金屬原子TM(Ni/Co/Mn)摻雜的(ZnO)15納米管吸附體系中

4、η2成鍵模型的(C=C)sym鍵向低波數(shù)發(fā)生平移。
　　2、我們探究了噻吩在Ni和La共同摻雜的(ZnO)15納米管上的吸附，計(jì)算結(jié)果表明隨著Ni和La的摻雜納米管的穩(wěn)定性增強(qiáng)。Ni和La的摻雜是使得能隙值減小的主要原因。然而，Ni和La的摻雜位置的不同會(huì)使得能隙值減小。這是因?yàn)閾诫s位置的配位數(shù)不同。在所有噻吩吸附模型中，Ni2-Lal-η5模型有最大的吸附能-2.78 eV。這個(gè)結(jié)果表明噻吩更易于通過噻吩環(huán)中的五個(gè)原子形成的π鍵

5、與La原子成鍵吸附在納米管上。我們還觀察到在所有噻吩吸附模型中C-S鍵均拉伸了，這也證明了Ni和La的摻雜使得納米管的催化活性提高了。不同吸附模型中電荷轉(zhuǎn)移和Mayer鍵級(jí)的分析解釋了噻吩和Ni/La的作用。這些性質(zhì)在部分態(tài)密度圖中也有所體現(xiàn)。
　　3、 H2S在純的和Ni、Mn、Cu摻雜(ZnO)15納米管上的吸附。和純的(ZnO)15納米管相比較，Ni、Mn、Cu的摻雜使得納米管的平均原子結(jié)合能變大，即納米管的穩(wěn)定性增強(qiáng)，而且