碱金属在石墨烯表面吸附,迁移行为的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了3种碱金属(Li,Na,K)在石墨烯表面的吸附性质,迁移行为和电学性质.结果表明:3种碱金属在石墨烯表面的最稳定吸附位都是H位;吸附过程中电荷由碱金属原子向石墨烯片层转移.Li→Na→K,吸附能先减小再增大,吸附的强弱顺序为Li-石墨烯体系>K-石墨烯体系>Na-石墨烯体系;体系的离子性逐渐增强;碱金属原子在石墨烯表面的迁移激活能逐渐降低,迁移行为更容易实现.

双层石墨烯吸附碱金属原子的第一性原理研究

基于密度泛函的第一性原理方法,研究了Li、Na、K和Rb碱金属原子吸附在双层石墨烯(BLG)表面的吸附能、迁移行为、电子性能.研究发现,Li和Na原子在BLG表面吸附易形成团簇,K和Rb原子能够分散吸附.碱金属原子在BLG表面的扩散能垒随原子半径的增加而减小.碱金属原子吸附使电子部分转移至BLG,使体系Fermi能级贯穿导带,表现出金属性.电荷密度差和电荷转移的分析表明,Li、Na、K和Rb与BLG表面以离子键结合.

吡啶在Ti、Zr、N掺杂石墨烯表面吸附的理论研究

采用密度泛函方法,研究了Ti、Zr和N掺杂及本征石墨烯对柴油中典型碱性氮化物吡啶的吸附行为,讨论了相应的吸附能、吸附构型、马利肯电荷转移、差分电荷密度和态密度。结果表明,金属Ti、Zr掺杂能显著增强吡啶在石墨烯表面的吸附能,非金属N掺杂可略微增加吡啶和石墨烯表面间的吸附能。吡啶在不同原子修饰的石墨烯表面的吸附能大小顺序为Ti掺杂石墨烯>Zr掺杂石墨烯>N掺杂石墨烯>本征石墨烯,吡啶可与Ti、Zr掺杂石墨烯发生N−Ti、N−Zr和π−π作用,与N掺杂石墨烯、本征石墨烯发生N−N、C−N和π−π作用。进一步分析发现,吡啶和金属Ti、Zr掺杂石墨烯表面存在明显的电子转移和化学键的形成,而和非金属N掺杂石墨烯及本征石墨烯间并无化学键形成。吡啶与Ti、Zr掺杂石墨烯发生化学吸附,与N掺杂石墨烯、本征石墨烯发生物理吸附。吡啶更稳定的吸附在Ti、Zr掺杂石墨烯表面。

缺陷双层石墨烯吸附碱金属原子的第一性原理研究

采用基于密度泛函的色散修正方法研究了Li、Na、K、Rb吸附在单空位缺陷（SV）双层石墨烯（BLG）表面的体系，对吸附体系的晶体结构、吸附能、电荷转移、扩散行为和电子结构进行了计算和分析。结果表明，碱金属原子更容易吸附在缺陷区域空位上方；使BLG平均层间距减少了0．0100—0．0137nm；吸附体系的Bader电荷、电荷密度差分和电子结构的计算结果表明，碱金属原子与BLG之间结合属于离子键。通过计算扩散能垒发现，脱离缺陷所需激活能比朝向缺陷扩散的能垒大0．300-0．640eV，表明SV缺陷能够捕获Li、Na、K、Rb原子。

碱金属基底和吸附强弱对石墨烯态密度的影响

应用固体物理理论和方法,探讨了碱金属(锂、钠、钾、铷、铯)、石墨烯以及碱金属基外延石墨烯的态密度,进一步得出碱金属基底和吸附强弱对外延石墨烯态密度的影响。结果表明:碱金属基底、单层石墨烯、碱金属基外延石墨烯的态密度曲线均相对于能量x=0对称,但变化情况不同;碱金属基底的态密度和碱金属基外延石墨烯的态密度的极大值均随原子序数的增加而增大;碱金属基吸附石墨烯越强,金属基外延石墨烯的电子出现较大能量的概率以及电子最可几能量越小(铯元素除外)。

物理所等在石墨烯表面碱金属吸附与相互作用研究中获进展

研究和理解固体表面上原子或分子间的相互作用是表面物理领域的基本科学问题之一，由此控制它们的自组装结构对发展纳米器件具有重要的意义。吸附在固体表面的原子或分子可以通过衬底的电子散射或者弹性扭曲而发生间接相互作用，这种衬底调制的长程原子或分子间相互作用在原子和分子自组装中扮演着重要的角色。

碱金属与石墨烯间的吸附性能及电子性质的研究

碱金属/石墨烯体系在纳米器件、锂离子电池等领域具有重要的应用价值。采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了碱金属与石墨烯间的吸附性能及电子性质。研究表明,锂、钠、钾吸附在碳环中心(H位置)的平衡距离分别为0.175nm、0.223nm和0.263nm,相应的吸附能E锂>E钾>E钠。吸附过程中碱金属与石墨烯间发生电荷转移,体系的电偶极矩发生变化。锂和钾吸附后HOMO^LUMO能隙变大,相比锂和钾,钠与石墨烯间的吸附最弱。

Li在石墨烯、BC_7及C_7N表面吸附与迁移的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文系统研究了Li在本征石墨烯及BC7、C7N表面的吸附和迁移行为。与本征石墨烯相比,硼含量为12.5at%时提高了Li的吸附能,而氮含量为12.5at%时减弱了Li的吸附能,这归因于掺杂物种具有不同的电子结构。通过NEB方法计算了Li在本征石墨烯、BC7、C7N表面的迁移。结果表明,相比于本征石墨烯,硼含量为12.5at%的石墨烯减弱了Li的扩散,而氮含量为12.5at%的石墨烯促进了Li的扩散,有助于提高石墨烯负极材料的充放电性能。

表面吸附对石墨烯摩擦性质影响的研究进展

凭借卓越的机械、摩擦性能,石墨烯被认为是最有应用前景的纳米润滑剂。界面处的原子、分子是影响石墨烯摩擦性能的主要因素之一,因此分子、原子吸附对石墨烯摩擦性能的影响成为摩擦学研究的热点与重点。本文综述总结了表面吸附影响石墨烯摩擦性质的各种机制,并对该领域仍需解决的问题进行了展望。

氧化石墨烯基材料吸附重金属阳离子研究进展

环境污染中的重金属阳离子通过生物链进入人体,并在体内不断累积,严重影响人体健康。因此,有效去除重金属阳离子是目前社会研究热点。氧化石墨烯(GO)具有较大的表面积、可功能化改性的官能团及其优良的力学性能等特点,在去除重金属阳离子方面的研究获得了巨大进展。氧化石墨烯通过表面官能团改性引入对重金属具有很强亲和力的杂原子,是解决其团聚倾向和处理后分离困难的有效途径。综述了具有含氧、含氮、含硫表面官能团功能化GO复合材料在重金属阳离子吸附中的应用,展望了GO复合材料吸附重金属阳离子未来研究方向。

氧化石墨烯基表面印迹材料的制备及对镉离子吸附性能研究

以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性后的氧化石墨烯(GO)为载体(FGO),甲基丙烯酸(MA)为功能单体,镉离子(Cd^(2+))为模板,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,制备了FGO与MA表面印迹Cd^(2+)的复合材料(FGO/MAIIP)和非表面印迹Cd^(2+)的复合材料(FGO/MANIP)。采用红外光谱(IR)和X射线光电子能谱(XPS)对印迹FGO/MAIIP、非印迹FGO/MANIP复合材料进行表征,考察了其对Cd^(2+)的吸附性能。结果显示:KH570与MA成功接枝到GO表面;发现当吸附剂FGO/MAIIP用量为0.4 g/L,pH=5,温度25℃,吸附时间为10 min条件下,FGO/MAIIP对Cd^(2+)的吸附量达到156 mg/g,对Zn^(2+)的选择系数达到8.34,相对分离比达到10.8。

水分子在氧化石墨烯表面吸附的理论研究

在高精度的B3LYP/6-31G**水平上对水分子在氧化石墨烯表面的吸附作用进行了理论研究。结果表明:氧化石墨烯表面与水分子之间主要以氢键形式吸附,此外还含有O-H…π键等形式;氧化石墨烯的环氧结构与水分子吸附的能量较低,羟基结构与水分子吸附的能量较高,这可能与除氢键外还有O-H…π键等作用形式有关;电荷转移分析结果与能量特征相一致,本研究结果对全面认识氧化石墨烯对小分子的表面吸附过程提供了理论指导。

SDS表面活性剂在纳米尺度多层石墨烯的吸附自组装分子模拟

采用分子动力学模拟分别研究了纯水和电解质溶液中SDS表面活性剂在纳米尺度石墨烯表面的自组装结构,考察了不同石墨烯层数对自组装吸附形态和SDS/石墨烯复合物悬浮密度的影响。模拟结果揭示了上述两种溶剂介质中,SDS的表面自组装结构形态与石墨烯的结构层数有关,增加石墨烯的层数能够加大吸附表面活性剂向溶液中的伸展程度,使表面活性剂自组装结构膨胀。此外电解质存在能够导致SDS表面活性剂在石墨烯表面吸附形态由多层结构向半圆胶束转化。模拟计算进一步发现SDS/石墨烯超分子复合物的悬浮密度随石墨烯层数的增加呈近似线性增加。

石墨烯类粉体比表面积的氮气吸附法测量条件与不确定度评定

采用氮气吸附静态容量法(氮气吸附法),以氧化还原石墨烯/金属氧化物粉体为研究对象,利用ASAP 2460型比表面积和孔隙度分析仪测量了其比表面积,确定了测量比表面积的理想测试条件,并对测量不确定度进行评定。结果表明:氮气吸附法测量石墨烯类粉体比表面积的理想样品用量为0.20.4 g。比表面积不确定度的评定仅考虑测量重复性、天平称量样品质量及标样引入的标准不确定度,在置信水平p为95%,自由度V_(rel)为32时,采用氮气吸附法物理吸附仪测量石墨样品比表面积的扩展不确定度为14.55 m^(2)·g^(-1)。

石墨烯/SiO_2气凝胶对苯、甲苯水溶液的吸附

以正硅酸乙酯(TEOS)与氧化石墨烯(GO)为原料,采用溶胶–凝胶法,经表面改性、常压干燥制备不同GO含量的氧化石墨烯/二氧化硅气凝胶(GOS),再由高温还原得到石墨烯/二氧化硅气凝胶(GS).通过堆密度、比表面积等测试,将最佳配比的GS与活性炭(AC)、SiO_2气凝胶作对比,研究其对苯和甲苯溶液的吸附性能,并探讨了GS的吸附机理.结果表明:掺杂3%GO的复合气凝胶性能有显著提升.松散堆密度为160kg/m^3,比表面积、孔径分别为1039m^2/g、16.56nm,对苯、甲苯水溶液的最大饱和吸附量分别达到180mg/g,210mg/g,约为活性炭吸附量的2.5倍.且吸附过程符合Langmuir等温吸附模型.

多孔石墨烯的制备及其吸附性能

采用KOH高温刻蚀法制备多孔石墨烯.通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),拉曼光谱,红外光谱(FTIR)比表面积(BET)对刻蚀前后石墨烯的表观形貌,晶体结构,化学组成进行分析.结果表明,处理后的石墨烯比表面积比原石墨烯增加到821 m2·g-1.利用气相沉积法对多孔石墨烯进行表面改性后,对水的静态疏水角可达158°,对多种有机溶剂显示了优异的选择性吸附性能.

石墨表面吸附钾系统电子性质的理论研究(英文)

基于集团模型电荷自洽的EHT(ExtendedH櫣ｃｋｅｌＴｈｅｏｒｙ)方法对K在石墨 ( 0 0 0 1 )表面吸附态进行了优化计算。在 3种不同的覆盖度 (Θ)下 ,对K 石墨系统的电荷转移量ΔQ、吸附能ΔE、态密度PDOS和TDOS、Mul liken集居数和成键性质进行了比较。认同K/石墨吸附系统是石墨插层化合物 (GIC)的雏型。并用LMTO方法对KC8完成电子结构的第一性原理研究 ,得到与EHT完全一致的结果 :K4s Cσ杂化态主要位于低能区域远离费米能级 ,构成反键轨道 ,其电子转移到费米能级附近K3d Cπ成键的杂化轨道上。空的 3d轨道在目前EHT方法和LMTO方法计算中扮演了关键角色。这与其他文献K 4s态处在EF 能级的结果不同 ,但与早期Fischer( 1 984) ,Johnson( 1 986)XPS,ARUPS的实验结果吻合。

纳米氧化石墨烯对水中锶的吸附特征

采用纳米氧化石墨烯(GO)吸附放射性废水中Sr2+,从吸附原理、吸附动力学、pH对吸附的影响等方面对吸附过程进行研究.采用表面增强拉曼技术和红外光谱对Sr2+在GO表面的吸附进行光谱表征.将GO负载到活性炭表面进行柱实验探索GO在废水处理中的应用.结果表明,在pH值为6.0—6.5时GO对Sr2+的吸附符合Langmuir吸附模型,最大吸附量263.16mg·g-1.GO对Sr2+的吸附符合拟二级动力学方程.在pH3—11范围内吸附量随着pH升高显著增大.GO对Sr2+的吸附具有快速,吸附量大,适用pH范围广的特点,可大量用于放射性废水的处理.GO负载到活性炭上后吸附量有所下降,但克服了GO材料本身在水中粒径小难分离的缺陷,是一种可实际应用、去除环境中Sr2+的新方法.

氧化石墨烯和多环芳烃与肺表面活性物质间的相互作用

为阐明氧化石墨烯与多环芳烃这一复合污染体系与肺表面活性物质(PS)的作用,考察了各组分之间的作用方式及效应,并对作用机制进行分析.结果表明,PS及其组分对多环芳烃有增溶作用,增溶能力依次为萘<苊<苯并(a)蒽;氧化石墨烯对多环芳烃和PS有一定的吸附作用,且多环芳烃和PS存在竞争吸附,入肺后PS及其组分占据多环芳烃的吸附位点而负载于氧化石墨烯表面;多环芳烃在PS及其组分增溶作用下在氧化石墨烯表面解析,毒性增强;DPPC由竞争吸附产生的解析效果尤为显著,当苯并(a)蒽的加入量到0.6mg/L时,DPPC于GO上吸附量减少了28.92mg/g;同时,多环芳烃和PS均会促使氧化石墨烯团聚,粒径增大3倍以上;C=C键的增多和化学键转化产生的作用力影响了氧化石墨烯的稳定性.本研究为复合污染对肺的潜在毒性效应及肺风险评估提供了一定的理论支撑.

石墨烯基多孔碳材料对CO_2的捕集分离研究进展

日益严重的温室效应引起人们对CO_2捕集分离技术的关注。石墨烯基多孔碳材料以其优异的导热性、热稳定性、多孔性和高机械强度等优点,在CO_2捕集分离等方面展现出广阔的应用前景。对石墨烯基多孔碳材料在CO_2捕集分离方面的研究进展进行了综述,分析了二维石墨烯、三维石墨烯以及石墨烯复合多孔材料在CO_2捕集分离的研究进展。总结了提高石墨烯基多孔材料性能的方法,简述了石墨烯基多孔材料在CO_2捕集分离中的不足以及未来的研究方向。