NH3在硼纳米管表面吸附的密度泛函理论研究

doi:10.7503/cjcu20200862

摘要/Abstract

摘要：

利用密度泛函理论研究了NH₃在完整和含有缺陷的硼纳米管上的吸附行为以及相关电子性质. 计算结果表明, 对于α硼纳米管, 在不同的直径和手性条件下, NH₃均倾向于吸附在配位数为6的顶位上. 电子结构计算结果表明, NH₃能够吸附在纳米管表面主要是由于N和B原子产生了较强的相互作用. 表明硼纳米管是一种潜在的NH₃气气敏材料.

关键词: 密度泛函理论, 氨气, 硼纳米管, 吸附

Abstract:

The adsorption behavior and related electronic properties of NH₃ on perfect and defective boron nanotubes were investigated via density functional theory. The results show that for α-type boron nanotubes， NH₃ is more likely to be adsorbed at the top position with the coordination number of 6 under different diametral and chiral conditions. The electronic structure calculation results show that the strong interaction between N and B atoms is the dominant reason for the stably adsorption of NH₃ on the surface of boron nanotubes. It indicates that boron nanotubes are one of the potential NH₃ gas sensitive materials.

Key words: Density functional theory, NH₃, Boron nanotube, Adsorption

中图分类号:

O641

TrendMD:

刘昌辉, 梁国俊, 李妍璐, 程秀凤, 赵显. NH₃在硼纳米管表面吸附的密度泛函理论研究. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2263.

LIU Changhui, LIANG Guojun, LI Yanlu, CHENG Xiufeng, ZHAO Xian. Density Functional Theory Study of NH₃ Adsorption on Boron Nanotubes. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(7): 2263.

图/表 8

Fig.1 Atomic structures of boron sheets and armchair and zigzag boron nanotubes（A）—（D） Show the structures derived from the α-sheet， β12-sheet， 2-Pmmn-sheet， and graphene-like g-B-sheet， respectively. Data in parentheses represents chiral.

Fig.2 Cohesive energies of investigated armchair(arm) and zigzag(zz) boron nanotubes(A) and phonon spectrum structures of α?sheet boronene(B)

Fig.3 Adsorption sites(A, B) and corresponding adsorption energy(C, D) of NH3 on armchair(A, C) and zigzag(B, D) boron nanotubes

Fig.4 Adsorption sites(A, B) and corresponding adsorption energy(C) of NH3 on (8.0) α?BNT?arm(A, C) and (5.5) α?BNT?zz(B, C) containing different sites of boron vacancy

Fig.5 Electronic band structures for pure (8.0) α?BNT?arm(A1) and (5.5) α?BNT?zz(B1), as well as the corresponding BNTs adsorbed NH3 at CN51(A2, B2), CN52(A3, B3), CN61(A4, B4) and CN62(A5, B5) sites of (8.0) α?BNT?arm(A2—A5) and (5.5) α?BNT?zz(B2—B5)

Table 1 Electron transfer number(CT) from BNT to NH3 varing with different chirals at adsorption site CN61

Chiral	（6.0）	（7.0）	（8.0）	（9.0）	（10.0）	（3.3）	（4.4）	（5.5）	（6.6）
CT	-0.11	-0.11	-0.06	-0.04	0.01	-0.14	-0.16	-0.06	-0.02

Table 2 Electron transfer number(CT) from BNT to NH3 varing with different sites under the chiral of (6.0) and (3.3)

Site	CN51_（6.0）	CN52_（6.0）	CN61_（6.0）	CN62_（6.0）	CN51_（3.3）	CN52_（3.3）	CN61_（3.3）	CN62_（3.3）
CT	0.07	-0.05	-0.11	-0.09	-0.05	-0.08	-0.14	-0.07

Fig.6 Charge density differences of NH3 on different sites of (8.0) α?BNT?arm(A) and (5.5) α?BNT?zz(B)The yellow and blue colors represent electron accumulation and depletion regions, respectively, with an isosurface value of 8 e/nm3.

参考文献 25

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NH₃在硼纳米管表面吸附的密度泛函理论研究

Density Functional Theory Study of NH₃ Adsorption on Boron Nanotubes

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