碳納米管對二元混合溶液的選擇性吸附的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、隨著計算機(jī)技術(shù)和計算方法的迅速發(fā)展，計算機(jī)模擬在物質(zhì)科學(xué)的研究方面中占據(jù)越來越重要的地位。分子動力學(xué)是一種重要的計算機(jī)模擬方法，即求解多原子系統(tǒng)的經(jīng)典力學(xué)運動方程，通過統(tǒng)計平均計算出體系的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。
　　 碳納米管獨特的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)性質(zhì)，引起了科學(xué)家的極大興趣，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 我們通過分子動力學(xué)模擬，對乙醇和水的混合溶液在若干種碳管中的吸附性質(zhì)進(jìn)行了研究。從模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在(6，6)和(7，

2、7)碳納米管中幾乎完全是純的乙醇，而沒有水分子，即使在管外溶液中乙醇濃度很低的情況下也是如此。在更大管徑的碳納米管內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)水的存在，但是管內(nèi)乙醇的濃度仍然大大高于管外的濃度。在我們組以前的工作中，我們曾在甲醇和水的混合體系中發(fā)現(xiàn)過類似現(xiàn)象。然而，在同樣的體相濃度下和同樣的碳管中，乙醇的濃度總是大于甲醇的，這說明碳納米管對乙醇的選擇性比對甲醇的更高。在結(jié)構(gòu)性質(zhì)方面，管內(nèi)徑向密度分布及氫鍵分布與純乙醇溶液的模擬結(jié)果相差很小。通過軸向密度分

3、布，可以清楚地看到小管徑碳管中乙醇分子的具體排列形式。如在(6，6)管中，四個乙醇分子形成了兩組以氫鍵作用連成的單鏈結(jié)構(gòu)。管外第一層乙醇分子的角向密度分布表明甲基與碳管的六邊形中心有很強(qiáng)的相互作用。
　　 我們也利用分子動力學(xué)方法研究了碳納米管用于生物質(zhì)油提純的可能性，模擬對象是生物質(zhì)油中兩種最主要的成分苯酚和乙酸的混合物。結(jié)果顯示，碳管對乙酸分子的吸附選擇性優(yōu)于苯酚，但是優(yōu)勢并不十分明顯。碳管中乙酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間的波動較大，