金屬修飾C60的結構和氣敏性能的理論研究.pdf

1、自從1985年發(fā)現(xiàn)C60以來，其獨特的結構和性質及廣泛的應用，已引起各國研究者的廣泛關注。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，計算機模擬不但可以在很大程度上解決化學實驗中部分實驗條件很難達到的問題，而且可以模擬相應的反應條件，為實驗工作提供理論依據(jù)。最近，從環(huán)保的角度來看，捕獲或轉化CO2和N2O等溫室氣體，吸引了研究者廣泛的研究興趣，同時對于有毒氣體CO的探測和儲存也引發(fā)了廣泛的研究。在本文中，以密度泛函理論（DFT）為基礎，利用量子化學軟件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的結構及電學性質，在此基礎上評估了其對CO2、N2O和CO的氣敏性能，經研究總結得出：
　　1.研究了CO2和N2O氣體在Ca修飾C60表面的吸附。結果表明，CO2和N2O在純的C60分子表面的吸附相當薄弱，并伴隨著微弱的電荷轉移。當Ca修飾于C60表面上方后，Ca-C60體系對于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CO2分子，當C60表面被4個Ca原子修飾，形成Ca4C60的穩(wěn)定結構后可以最多吸附16個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)生劈裂形成無污染的N2。經過計算并分析結果我們發(fā)現(xiàn)，當CO2分子吸附于純C60體系中時CO2的吸附能為-0.037eV，屬于物理吸附。當CO2吸附于有Ca原子修飾的Ca-C60體系時，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)定的結構，通過搜索這一反應過程的過渡態(tài)，經計算要得到最終劈裂后的穩(wěn)定結構需要跨越約為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，因而此過程可以自發(fā)進行。當同樣的條件作用與Li、Na、K修飾的C60表面上

5、時，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，當堿金屬（Li、Na、K）對于C60進行修飾后，所得到的體系對CO的吸附能力也有了顯著的提高。LiC60、NaC60、KC60分別可以同時吸附5個CO分子，且能夠穩(wěn)定存在。當C60表面被更多堿金屬原子修飾形成穩(wěn)定構型后，穩(wěn)定體系Li12C60、Na12C60、K12C60分別可以最多吸附60個CO分子。CO

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