N掺杂碳纳米管环吸附Fe原子的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序研究N掺杂碳纳米管环结构在变形作用下,外壁对Fe原子的吸附能力.结果表明,构造出的新型纳米结构的结合能为负值,具有稳定存在的可能性;N掺杂碳纳米管环显著提高外壁对Fe原子的吸附能力,这是因为掺杂体系的活度增大,易与Fe原子间形成Fe-N共价结合键.线性增加拉伸和压缩变形幅度,结构外壁对Fe原子的吸附能呈抛物线式快速下降.相比之下,吸附能对拉伸变形更加敏感.

碳纳米管超晶格结构吸附Fe原子的电子机理

为了提高碳纳米管与Fe基体之间的润湿性,构造出N掺杂有限长碳纳米管超晶格结构.第一性原理能量计算结果表明,新型超晶格结构的埋置能正向升高,结构稳定性降低,但可以显著提高外壁对Fe原子的吸附能力.差分电荷密度结果表明,掺杂体系中N原子与邻近C原子间的π键出现了畸变,使得N原子易与Fe原子发生结合.布居数和电荷转移情况表明,N原子的掺入导致Fe原子失电子能力降低,但Fe—N间共价键强度提高.超晶格结构在一定的扭转和剪切变形下仍能保持对Fe原子的吸附能力.

Fe原子能级和跃迁参数的研究

Fe原子有着丰富的谱线,其结构和跃迁光谱的研究在天体物理、等离子体物理、同位素分离和软X射线激光等领域中有着重要的指导意义。本文利用Cowan程序计算了Fe原子3d64s2和3d64s4p组态的能级以及3d^(6)4s^(2)-3d^(6)4s4p的跃迁能和跃迁波长。结果表明:从头计算的3d^(6)4s^(2)和3d^(6)4s^(4)p组态的能级与NIST推荐值的相对误差是比较大的,分别大于2%和20%;利用最小二乘法对能级和表征电子间相互作用的各个参量进行拟合后,所计算的能级、跃迁能和跃迁波长与NIST推荐值符合很好。本文所描述的最小二乘法拟合方法对于其他原子结构计算具有非常重要的参考价值。

Fe原子在Al基底上的扩散及薄膜生长条件对磁特性的影响

利用蒙特卡罗方法模拟Fe原子在Al基底上的沉积、扩散,以及Fe的团簇形貌的生长演化。研究了薄膜生长条件对Fe薄膜的分形形貌及磁特性的影响。模拟结果表明,随着温度的升高,Fe微观形貌经历了一个从分散成长、分形成长到凝聚成长的变化过程;而Fe薄膜的形貌极大地影响薄膜的磁特性,具有更紧凑的分形形貌的Fe薄膜具有更高的居里温度。

四元Heusler合金NiMnFeGa中Fe原子的磁性贡献

用熔炼和甩带的方法制备了组分为Ni50 FexMn2 5-xGa2 5(x =0— 2 5 )的系列样品 .x射线衍射实验结果表明 ,当Fe取代Mn的含量x <17时 ,用熔炼和甩带的方法均能合成高度有序的L2 1 结构的Heusler相 .而当x >17时 ,普通熔炼方法只能得到低有序度的γ相 ,只有采用甩带急冷的方法才能获得高度有序的纯L2 1 结构的化合物 .根据交流磁化率和分子磁矩的测试结果 ,初步分析了Fe原子对化合物磁性的贡献 ,认为Fe原子占据了Mn原子的位置后 ,具有高于一般含铁合金的原子磁矩 ,可达 2 5 5— 3 5 5 μB.

铁(Fe)原子改性石墨烯对沙林分子的吸附性质研究

利用第一性原理密度泛函理论,系统研究了本征石墨烯、单个Fe原子修饰石墨烯对沙林分子的吸附性质.吸附能、电子态密度和密立根电荷密度等相关性质计算表明:本征石墨烯对沙林分子的吸附作用为弱的物理吸附;Fe原子的引入,明显增强了石墨烯基底对沙林的吸附作用,沙林分子态密度更加弥散,并且向低能方向移动,沙林分子与Fe改性石墨烯体系之间存在明显的电荷转移,吸附体系更加稳定.相应工作的开展,为沙林毒剂分子的识别、防护提供了理论依据.

原子簇Fe_3BP异构体稳定性的DFT研究

利用含相关能校正的DFT方法在B3LYP/Lan l2dz水平下,对原子簇Fe3BP 16种可能构型进行单重态下的全参数优化和频率计算,分析比较了优化结果的能量、结合能和过渡态.结果表明:原子簇Fe3BP有5种稳定异构体,具有立体构型的异构体1、2、3和4共存的可能性较大,其中异构体1最稳定,而平面结构的异构体5存在的可能性较小.

不同LaFe_(11.6×x)Si_(1.4)合金中1∶13相的Fe原子平均磁矩研究

通过实验手段,系统研究了在不考虑缺陷的情况下,0~2T磁场范围内,纯Fe和不同LaFe_(11.6×x)Si_(1.4)合金中Fe原子的平均磁矩.结果表明,在180、185、190、195K时,纯铁的饱和磁矩均为213A·m^2/kg,每个Fe原子的平均饱和磁矩为2.12μΒ.LaFe_(11.6)Si_(1.4)合金中1∶13相的饱和磁矩理论值应该为166A·m^2/kg,等温磁熵变的实验最大值为41.5J/kg·K.采用非自耗电弧炉熔炼的LaFe_(11.6)Si_(1.4)纽扣合金,通过高温短时热处理后,在180K的最大磁化强度只有112A·m^2/kg,合金中1∶13相的Fe原子的平均磁矩为1.43μΒ,1个1∶13相晶胞中对合金磁矩有贡献的有效Fe原子数为7.8个.通过中频感应炉制备的千克级LaFe_(11.6)Si_(1.4)合金,在相同温度下1∶13相的磁化强度也只有125A·m^2/kg,其Fe原子的平均磁矩为1.59μΒ,1个晶胞中对合金磁矩有贡献的有效Fe原子为8.7个.但在LaFe_(11.6×x)Si_(1.4)(x>1)试样中,过量Fe对该合金的磁化强度有明显的增强作用.在180K温度下,LaFe_(11.6×1.05)Si_(1.4)和LaFe_(11.6×1.1)Si_(1.4)合金中1∶13相的技术饱和磁化强度分别为146A·m^2/kg和155A·m^2/kg,Fe的平均有效磁矩约达到1.86μΒ,明显高于正常化学计量比LaFe_(11.6)Si_(1.4)中1∶13相中Fe原子的平均有效磁矩.

磁控溅射法制备的FePt薄膜的结构与性能

采用磁控溅射法在单晶Si(100)基片上制备了一系列FePt薄膜,研究了膜厚、退火温度和时间、Fe/Pt原子比对薄膜结构和磁性能的影响。研究表明,薄膜的有序度与膜厚有着密切的关系,厚度越厚,薄膜的有序化程度越高,矫顽力越高。退火温度的升高和退火时间的延长均可以使薄膜的矫顽力增高。富Fe的薄膜具有相对较高的有序度,Fe/Pt原子比为55:45时,有序化程度最高,矫顽力最高,平行方向的矫顽力为14.2 kOe。Fe/Pt原子比为50:50的薄膜,(001)垂直取向在膜厚为20 nm时获得。

负载型Fe_2(SO_4)_3-NiSO_4/γ-Al_2O_3催化剂制备条件对异丁烯齐聚反应性能的影响

以Fe_2(SO_4)_3和NiSO_4为原料,采用浸渍法制备了Fe_2(SO_4)_3-(NiSO_4)/γ-Al_2O_3催化剂用于异丁烯齐聚反应,考察了催化剂成型、焙烧温度、载Fe量和Fe/Ni原子比对异丁烯齐聚反应的影响。实验结果表明,催化剂成型后,反应活性有所降低,但目的产物的选择性明显提高,选择的成型催化剂为三叶草外形、直径1.2 mm、长度2 mm。适宜的催化剂制备条件为:催化剂焙烧温度为400℃或600℃、载Fe量为8%(w)和5%(w)、Fe/Ni原子比在(1∶4)^(1∶3)之间和(3∶1)^(4∶1)之间,在上述条件下,二聚物的选择性相对较高,三聚物的选择性相对较低,转化率适中,综合反应性能较好。

合成气直接制低碳烯烃中K对铁基催化剂积炭特性的影响

采用浸渍法将K添加到氢氧化铁中获得不同K/Fe原子比催化剂,用KnFe表示,其中n=0,0.02,0.04,0.08,0.40,1.00。利用XRD,FT-IR,Raman,TG和元素分析等表征手段研究K/Fe原子比对其反应性能及积炭行为的影响。结果表明:适量K能够促进铁基催化剂CO加氢反应,提高C_2~=~C_4~=选择性,而过量K又会抑制CO加氢反应,降低烯烃选择性,最佳n(K)/n(Fe)为0.04;K的添加促进类石墨型积炭的生成,导致催化剂稳定性下降;随n增加,催化剂积炭量逐渐增加,且积炭中脂肪化程度以及H/C比均增加。

Fe(Ⅱ)催化水铁矿晶相转变过程中Pb的吸附与固定

厌氧状态下,游离态Fe(Ⅱ)(Fe(Ⅱ)aq)催化氧化铁晶相重组是重要的铁循环化学过程,其本质是Fe(Ⅱ)aq与结构态Fe(ⅡI)间的Fe原子交换,这一过程对稻田土壤和沉积物中重金属的环境行为产生重要影响,其影响机制有待于深入研究.本研究结果显示,Fe(Ⅱ)aq催化水铁矿晶相转变过程中,重金属离子Pb(Ⅱ)通过与Fe(Ⅱ)的竞争性吸附,降低了水铁矿表面吸附态Fe(Ⅱ)浓度,抑制了Fe(Ⅱ)aq与水铁矿中结构态Fe(ⅡI)之间的Fe原子交换,最终降低水铁矿晶相转变速率并改变水铁矿晶相转变途径.无Pb(Ⅱ)时,水铁矿最终转变为针铁矿和磁铁矿;Pb(Ⅱ)影响下,转变产物主要为纤铁矿,部分为针铁矿和磁铁矿.在水铁矿晶相转变过程中,部分吸附到氧化铁表面的Pb(Ⅱ)通过晶体包裹或Fe结构位取代,被形成的氧化铁结构化固定,从而降低了重金属Pb(Ⅱ)的活性.