碳纳米管与有机小分子官能团相互作用的分子动力学研究

发布时间：2020-12-08 23:45

　　利用Material Studio软件先对不同半径的碳纳米管进行结构优化,再对优化后的纳米管进行分子动力学模拟.得到如下结论:经过优化后小半径纳米管结构基本不变,但是随着半径增大纳米管形变越来越明显.同时通过对多根管簇研究后发现也有相似动力学特性.在以上纳米管结构外面加上一定密度随机排列的对苯二甲酸二辛酯(DOTP)有机分子,发现DOTP有机分子与不同结构、不同半径的纳米管之间都存在相互作用,纳米管半径越大相互作用力也越大,同时DOTP分子在纳米管周围排列也逐渐从无序趋于有序.通过计算以上结构的径向分布函数(RDF)等热力学特性,定性和定量地验证了以上结果. 

【文章来源】：原子与分子物理学报. 2020年05期 第707-711页 北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

(6,6)碳纳米管正面图和侧面图

将初始纳米管进行几何优化后在其周围加入对苯二甲酸二辛酯分子C24H38O4(DOTP分子),图2为DOTP分子的结构模型.这种分子主要用于聚氯乙烯(PVC)塑料,是一种性能良好的主增塑剂.相比于邻苯二甲酸二异辛酯(DOP)分子,DOTP分子具有更高的电绝缘性能,耐热耐寒性能也更强.由于是在常温下研究,所以温度对DOTP分子结果影响不大.随后再进行结构优化和动力学模拟,并通过计算径向分布函数(RDF)对结构进行分析.3 结果与讨论

首先对单壁纳米管进行结构优化与动力学模拟,如图3所示.图3左边一列是不同半径的单壁纳米管,中间列是进行结构优化后的纳米管截面图,右边列是单壁纳米管周围加入DOTP分子经过优化和分子动力学模拟后的结果.直观看出纳米管结构在几何优化及动力学模拟后发生了变化.而在加入DOTP分子后(如图3右边列)碳纳米管的结构变化更加明显,管壁开始向内弯曲褶皱,可见DOTP分子对纳米管的结构有重要影响. 除此以外,DOTP分子在碳纳米管周围不再杂乱无章的排列,而是在碳纳米管的作用下围绕纳米管做有序排列,并且保持一定的距离.由此可知,DOTP分子与纳米管之间的确存在着相互作用力,且这种作用力的大小足以影响纳米管的结构形态以及DOTP分子的分布.通过对比不同半径碳纳米管在加入DOTP分子后的变化程度可以发现,不论半径多大,在加入DOTP分子后碳纳米管结构都有十分明显的变化,且DOTP分子会在纳米管周围有序排列,且都会与纳米管保持距离,而DOTP分子本身结构并未发生改变.


本文编号：2905891