發(fā)布時間：2018-06-25 13:46

  本文選題：碳納米管 + 二茂鐵　； 參考：《哈爾濱理工大學》2015年碩士論文

【摘要】：隨著對碳納米管研究的深入，填充型碳納米管吸引越來越多科研人員的關(guān)注。一維的腔結(jié)構(gòu)是碳納米管的重要特點，在碳納米管納米級的限域作用下，填充物將表現(xiàn)出特殊的性質(zhì)。二茂鐵是最具有代表性的金屬有機物分子，，碳納米管和二茂鐵的碳都是sp2雜化，且都具有遍布整個分子的共軛π電子云，都具有芳香性，將二茂鐵填充進入碳納米管管腔中，二者通過強的π-π相互作用而相互結(jié)合，形成特殊的二茂鐵填充碳納米管納米豆莢結(jié)構(gòu)，具有極高的研究價值。 本論文主要分為理論計算和實驗合成兩部分，二茂鐵和二茂釩都是過渡金屬茂基化合物，與Fe原子不同，V原子的d軌道存在單電子，自旋向上和自旋向下狀態(tài)差別很大，因此分別對二茂鐵、二茂釩填充碳納米管復合結(jié)構(gòu)（即：Fe(Cp)2@CNTs，V(Cp)2@CNTs）進行理論計算�；�于密度泛函理論（DFT）和非平衡格林函數(shù)方法（NEGF）理論，利用ATK軟件設計不同填充狀態(tài)下的Fe(Cp)2@SWNT、 Fe(Cp)2@DWNT、 V(Cp)2@SWNT、V(Cp)2@DWNT復合物的結(jié)構(gòu)模型，計算優(yōu)化后各結(jié)構(gòu)的總能量、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、分子能譜及本征態(tài)，得出各結(jié)構(gòu)中存在填充物分子到碳納米管管壁的電子躍遷，填充物分子存在陷阱態(tài)效果。 在理論計算的基礎上，實驗合成Fe(Cp)2@CNTs復合物，首先利用體積比為1:3的濃硝酸和濃硫酸的混酸溶液對碳納米管進行酸氧化改性，再將碳納米管在氮氣氣氛下進行退火處理。酸氧化改性后的碳納米管，長度更短、開口更多，有利于后續(xù)的填充實驗。填充過程分別利用毛細填充法和氣相沉淀法對碳納米管進行填充，毛細填充法雖然實驗條件簡單，但填充率較氣相沉淀法低，通常其填充率不足氣相沉淀法填充率的一半。利用四探針測試儀對復合物導電性進行分析，發(fā)現(xiàn)導電性減弱，與理論計算所得結(jié)果相符，除此之外，采用掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡（TEM）對復合物進行形貌結(jié)構(gòu)分析；采用X射線光電子光譜(XPS)對復合物成分進行分析。
[Abstract]:With the development of carbon nanotubes (CNTs), filled CNTs have attracted more and more attention. One-dimensional cavity structure is an important feature of carbon nanotubes (CNTs). Ferrocene is the most representative metal organic molecule. The carbon of carbon nanotubes and ferrocene are both sp2 hybrids, and they all have conjugated 蟺 electron clouds all over the molecule, which are aromatic, so ferrocene is filled into the cavity of carbon nanotubes. Through the strong 蟺-蟺 interaction, the two formed a special ferrocene filled carbon nanotube (CNT) pod structure, which is of great research value. This thesis is mainly divided into two parts: theoretical calculation and experimental synthesis. Both ferrocene and vanadium are transition metallocene compounds. There is a single electron in the d orbital of V atom different from that of Fe atom, and the spin upward and downward states are very different. Therefore, the carbon nanotubes (CNTsV) filled with ferrocene and diocene (Cp) were calculated respectively by using the new method, which is: (1) Fe (CP) 2future CNTsV (CP) 2R (CNTs). Based on density functional theory (DFT) and non-equilibrium Green's function method (NEGF), the structural models of Fe (CP) _ 2W _ (NT), Fe (CP) _ 2r _ (DWNTT), V (CP) _ 2R _ W _ (NTV) (CP) _ 2R _ (DWNT) complexes were designed by using ATK software to calculate the total energy, energy band structure, density of states of each structure. The molecular energy spectrum and intrinsic states show that there is an electronic transition between the fillers and the wall of CNTs and the effect of trap states on the fillers. On the basis of theoretical calculation, Fe (CP) _ 2 @ CNTs were synthesized experimentally. Firstly, the carbon nanotubes were modified by acid oxidation in a mixture of concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid with a volume ratio of 1:3, and then annealed in nitrogen atmosphere. The carbon nanotubes modified by acid oxidation have shorter length and more openings, which is beneficial to the subsequent filling experiments. Capillary filling method and vapor precipitation method were used to fill carbon nanotubes respectively. Although the experimental conditions were simple, the filling rate of capillary filling method was lower than that of gas phase precipitation method, and the filling rate of capillary filling method was less than half of that of gas phase precipitation method. The electrical conductivity of the composites was analyzed by a four-probe tester, and it was found that the conductivity was weakened, which was consistent with the theoretical results. In addition, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscope (TEM) were used to analyze the morphology and structure of the composites. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to analyze the composition of the complex.
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O613.71

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本文編號：2066178