氮化硼纳米管的气体吸附和扩散性能的分子模拟研究

发布时间：2017-06-09 18:18

  本文关键词：氮化硼纳米管的气体吸附和扩散性能的分子模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：进入二十一世纪以来,随着科研人员对碳纳米管研究的日渐成熟,研究人员开始关注一个与碳纳米管具有相似结构的新型纳米管材料,即氮化硼纳米管材料。通过实验和理论的手段对氮化硼材料的研究,科研人员发现了氮化硼纳米管具有比碳纳米管更加优异的物理化学性能,如更耐高温,优异的半导体性能等。同时,通过量化计算和实验手段,科研人员也证明了氮化硼纳米管具有很好的储氢性能。尽管科研人员对氮化硼纳米管进行了大量的研究,但目前为止,对氮化硼纳米管内的气体吸附扩散性能还没有系统的理论研究。因此,本工作中,我们选取氮化硼纳米管和天然气作为研究对象,通过分子模拟的手段对氮化硼纳米管内的气体吸附与扩散行为,以及通过改性手段获得的氮化硼纳米管的性能进行了系统的研究,希望为其在实际应用,提供理论上的支持。本论文的主要研究内容如下：1.运用巨正则蒙特卡罗模拟方法,以比例为9：1的CH4/CO2体系模拟天然气,模拟条件选择在温度为298K,体系压力为0.01-100 bar下对管径在7-30A的不同构型的氮化硼纳米管,计算出管内的气体的吸附量以及选择性,并与碳纳米管进行了对比。从中筛选出具有高吸附量和选择性的氮化硼纳米管,为进一步的研究提供理论支持。2.对通过巨正则蒙特卡罗模拟方法筛选出的同时具有较高气体吸附量和选择性的氮化硼纳米管进行分子动力学模拟计算研究,分别计算了CO2、CH4以及CO2、CH4混合体系在氮化硼纳米管内扩散轨迹,进一步得出气体分子在管内的自扩散系数,并将获得的结果与相同构型的碳纳米管进行了对比,进一步证明氮化硼纳米管在气体运输方面的优势。3.通过对氮化硼纳米管的研究,获得了具有较高气体吸附和扩散性能的构型,结合文献中报道的具有缺陷的氮化硼纳米管材料,本工作尝试对氮化硼纳米管进行了改性研究,并通过模拟计算的方法,选择CH4/CO2体系,探索了改性后的氮化硼纳米管在气体吸附和扩散方面的性能。
【关键词】：碳纳米管 氮化硼纳米管 分子模拟 二氧化碳 甲烷
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ128;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 符号说明13-14
• 第一章 绪论14-30
• 1.1 引言14-15
• 1.2 纳米材料简介15-21
• 1.2.1 碳纳米管纳米材料17-19
• 1.2.2 氮化硼纳米管纳米材料19-21
• 1.3 实验室常用的计算化学手段21-26
• 1.3.1 量子化学方法22-23
• 1.3.2 分子模拟方法23-25
• 1.3.3 分子力学方法25-26
• 1.4 分子模拟方法在氮化硼纳米管研究中的应用26-27
• 1.5 选题依据与研究内容27-28
• 1.6 本论文创新点28-30
• 第二章 氮三化硼纳米管中气体吸附性能的分子模拟计算研究30-44
• 2.1 引言30-31
• 2.2 材料模型与模拟细节31-33
• 2.2.1 氮化硼纳米管和碳纳米管的结构31-32
• 2.2.4 模拟过程与方法32-33
• 2.3 结果与讨论33-42
• 2.3.1 力场验证33-35
• 2.3.2 氮化硼纳米管内的气体吸附量35-39
• 2.3.3 氮化硼纳米管内的气体吸附选择性39-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 氮化硼纳米管内气体扩散性能的计算研究44-54
• 3.1 引言44-45
• 3.2 研究模型与方法45-47
• 3.2.1 材料结构45
• 3.2.2 材料电荷45
• 3.2.3 力场参数45-46
• 3.2.4 模拟方法46-47
• 3.3 结果与讨论47-52
• 3.3.1 力场验证47-49
• 3.3.2 氮化硼纳米管内的客体分子的自扩散系数49-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第四章 改性氮化硼纳米管内气体吸附和扩散性能的分子模拟研究54-68
• 4.1 引言54-55
• 4.2 模型模拟细节55-59
• 4.2.1 氮化硼纳米管的结构55-56
• 4.2.2 材料电荷56-57
• 4.2.3 力场参数57-58
• 4.2.4 模拟方法58-59
• 4.3 结果与讨论59-66
• 4.3.1 不同硼氮比的氮化硼纳米管的吸附选择性能研究59-60
• 4.3.2 不同硼氮比的氮化硼纳米管的气体扩散性能60-62
• 4.3.3 氮化硼—碳纳米管混合结构的气体吸附选择性能62-64
• 4.3.4 氯化硼—碳纳米管混合结构的气体扩散性能64-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第五章 结论68-70
• 参考文献70-80
• 致谢80-82
• 作者简介82-84
• 导师简介84-86
• 附件86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 V.Vijayaraghavan;C.H.Wong;;Torsional Characteristics of Single Walled Carbon Nanotube with Water Interactions by Using Molecular Dynamics Simulation[J];Nano-Micro Letters;2014年03期

2 朱世东;周根树;蔡锐;韩燕;田伟;;纳米材料国内外研究进展Ⅰ——纳米材料的结构、特异效应与性能[J];热处理技术与装备;2010年03期

3 张立德;纳米材料研究的新进展及在21世纪的战略地位[J];中国粉体技术;2000年01期

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本文编号：436315