Адсорбционные свойства однослойных углеродистых нанотрубок типа "CHAIR" (4.4.) и "ZIGZAG" (5.0.)

• Автор: Ашрафулсодот Гасеми
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Душанбе
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Наноструктуры и их особенности

1.2. Закономерности поведения наносистем

1.3. Прикладные аспекты нанохимии

1.4. Углерод и его аллотропные видоизменения

1.5. Структура, классификация и некоторые свойства углеродных

нанотрубок

1.6. Открытие и получение углеродных нанотрубок

ГЛАВА II. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ОДНОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК (SWCNTs)
2.1. Основы моделирования квантово-химических расчетов
2.2. Теория функционала плотности (density functional theory - DFT)
2.3. Обобщенный метод квантово химических вычислений — Gaussian
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ОДНОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК (SWCNTs) МОДЕЛЕЙ «CHAIR» (4.4.) И «ZIGZAG» (5.0.)
3.1. Адсорбция молекул кислорода на поверхности однослойных нанотрубок
(SWCNTs) типа «chair» (4.4) и «zigzag» (5.0)
3.2. Адсорбция молекул азота на поверхности однослойных нанотрубок (SWCNTs) типа «chair» (4.4) и «zigzag» (5.0)
3.3. Адсорбция молекул кислорода и азота однослойной углеродистой нанотрубкой (SWCNT) модели «chair» (4.4), кеппированной водородом
3.4. Изучение процесса адсорбции молекул кислорода и азота однослойной углеродистой нанотрубкой (SWCNT) модели «zigzag» (5.0), кеппированной
водородом
3.5. Физическая и химическая адсорбция молекул азота и кислорода нанотрубками (SWCNTs) типа «chair»
(4.4)
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В нанохимии взаимодействие наноструктур с окружающей средой имеет свою специфику и особую роль. В исследовании фундаментальных свойств наночастиц необходимо тщательно изучать качественное изменение свойств частицы в зависимости от её размера и компонентов окружающей среды. Внутренний размерный эффект может возникать при изменении структуры частицы и увеличении локализации электронов под влиянием поверхности. В наночастицах значительное число атомов находится на поверхности, соответственно . возрастает и вклад поверхностных атомов в общую энергию системы, что, без сомнения, приводит к изменению физических и химических свойств структур.
С другой стороны, наночастицы хорошо адсорбируют многие газы. Поэтому они широко используются как чувствительные газовые сенсоры. Многие однослойные нанотрубки поглощают молекулы различных газов и при этом изменяются в первую очередь их электрическое сопротивление и электродвижущая сила. Газовые сенсоры отличаются, также, небольшим временем отклика и высокой чувствительностью. По сравнению с обычными твердотельными сенсорами чувствительность нанодатчиков возрастает на несколько порядков. Например, наличие в наночастице 0,02 % Ы02 увеличивает количество дырок и электропроводность на три порядка. Кроме того, сенсорные материалы на основе нанотрубок миниатюрны, относительно недороги и могут применяться при комнатных температурах.
В связи с этим, во многих промышленных предприятиях и медицинских клиниках, газовые сенсоры играют большую роль для определения экологического состояния среды. Например, при рассеивании газов после аварий, с целью предотвращения их опасного влияния на живые организмы, возникает необходимость в очистке и определении содержания газа в окружающей среде. Сенсоры на основе нанотрубок не позволяют

Канцерогенность волокон разных видов асбеста весьма различна и зависит от диаметра и типа волокон. Благодаря своему малому весу и размерам, углеродные нанотрубки проникают в дыхательные пути вместе с воздухом и концентрируются в плевре. Мелкие частицы и короткие нанотрубки выходят через поры в грудной стенке (диаметр 3-8 мкм), а длинные могут задерживаться и со временем вызвать патологические изменения. Сравнительные эксперименты по добавке однослойных углеродных нанотрубок (SWCNTs) в пищу мышей показали отсутствие заметной реакции последних в случае нанотрубок с длиной порядка микрон. Использование укороченных SWCNTs с длиной 200-500 нм приводило к «впиванию» нанотрубок-игл в стенки желудка [52].
1.6. Открытие и получение углеродных нанотрубок
Назвать точную дату открытия углеродных нанотрубок нельзя. Общеизвестным является факт, что в 1991г. Ииджима [63] наблюдал структуры многостенных (многослойных) нанотрубок, но существуют более ранние работы об углеродных трубках. Ещё в 1952 г. в статье советских учёных Радушкевича и Лукьяновича [64] сообщалось об электронно-микроскопическом наблюдении волокон с диаметром порядка 100 им, полученных при термическом разложении окиси углерода на железном катализаторе. К большому сожалению, эти исследования не были продолжены. О том, что нанотрубки наблюдались и в 1953 г. была опубликована статья в 1992 в журнале « Nature».
В 1975 г. и в последующие годы Эндо с сотрудниками [65-67] опубликовали ряд работ с описанием тонких трубок с диаметром менее 100 А, полученных методом конденсации из паров, но их детальное исследование не было проведено. В институте катализа СО АН СССР в 1977 г. группа ученых при изучении зауглероживания железохромовых катализаторов дегидрирования под микроскопом зарегистрировали образование "пустотелых углеродных