验证镍掺杂小半径碳纳米管对二氧化硫的吸附能力的方法技术

一种验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法，包括以下步骤：以(n,0)SWCNT(n＝4,5,6)小半径碳纳米管为表面模型，建立仿真模型并接收输入的气体分子的分子间距，所述仿真模型采用晶格常数为a、b、和c的四方晶格超胞；在所述仿真模型中建立不同的气体分子吸附位置，模拟掺杂前和掺杂后不同吸附位置的吸附情况；对比不同吸附位置吸附前后的能量差，获取吸附能最低的位置对应的预设数据，并计算该吸附能最低的位置的掺杂前和掺杂后的吸附能。本发明专利技术提供的验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法通过建立合理优化的仿真验证镍掺杂小半径碳纳米管后对SO2的吸附能力及气敏性影响。

【技术实现步骤摘要】
验证镍掺杂小半径碳纳米管对二氧化硫的吸附能力的方法
本专利技术涉及一种验证二氧化硫的吸附能力及气敏性影响的方法，尤其是一种验证镍掺杂小半径碳纳米管对二氧化硫的吸附能力的方法。
技术介绍
碳纳米管是准一维结构的材料，具有较大的表面积，较轻的质量密度，容易和污染物分子发生强相互作用。碳纳米管具有优异的吸附性能，特别是单壁碳纳米管碳原子密度较低，管径和管间的空隙较大，为小分子的吸附提供了大量的嵌入空间，因此可以广泛应用于传感器的制造。人们对碳纳米管的气敏特性进行了大量研究，发现碳纳米管对很多气体分子有很好的吸附性能，大量研究表明碳纳米管是制造气相敏感器件的优良材料。Shalabi.etal.等人研究发现Co掺杂碳纳米管对CO分子具有较高的灵敏度(J.Nanopart.Res.,2012(14):1-15)；Pd掺杂碳纳米管对NO分子十分敏感(Sensor.Actuat.B-Chem.,2011(159):171-177)。其气敏机理源于碳纳米管与气体分子之间电荷的转移引起电导率的敏感变化，相比传统的电子传感器，碳纳米管传感器具有较强的气体选择性、检测速度快、可常温下工作等优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法。为此，本专利技术提供了一种验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法，包括以下步骤：仿真模型建立步骤：以(n,0)SWCNT(n＝4,5,6)小半径碳纳米管为表面模型，建立仿真模型并接收输入的气体分子的分子间距，所述仿真模型采用晶格常数为a、b、和c的四方晶格超胞；吸附模拟步骤：在所述仿真模型中建立不同的气体分子吸附位置，模拟掺杂前和掺杂后不同吸附位置的吸附情况；分析步骤：对比不同吸附位置吸附前后的能量差，获取吸附能最低的位置对应的预设数据，并计算该吸附能最低的位置的掺杂前和掺杂后的吸附能。优选地，所述表面模型包括32、40、48个碳原子的三类表面模型，所述三类表面模型对应的管径分别为优选地，在所述三类表面模型中分别掺杂浓度为2.13％，2.56％，3.23％的镍原子建立仿真模型。优选地，仿真模型建立步骤还包括：采用的格子来消除所述仿真模型的周期性映像的相互作用。优选地，在建立所述仿真模型之后，还包括：利用MaterialsStudio软件的Dmol3模块调整所述晶格超胞的结构，得到镍掺杂小半径碳纳米管对应的仿真模型。优选地，所述吸附模拟步骤还包括：对不同吸附位置的仿真模型在使用Dmol3模块下使用PBE+GGA算法，在CUSTOM精度下通过结构调整来实现对实物吸附SO2的模拟。优选地，所述分析步骤中的预设参数包括：结构对称性、能带结构、DOS态密度和电荷密度。优选地，所述气体分子为SO2气体分子。优选地，所述小半径碳纳米管为掺杂镍的小半径碳纳米管。优选地，所述分析步骤还包括：根据以下公式计算用于衡量掺杂对所述掺杂镍的小半径碳纳米管带来的对称性破坏因子δ，其中，Dc-c代表本征碳纳米管碳原子与周围相邻的三个碳原子之间的键长平均值，Dc-Ni代表掺杂镍原子与周围三个碳原子之间的键长平均值。优选地，所述气体分子的分子间距为S原子和O原子的间距。与现有技术相比，本专利技术提供的验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法通过建立合理优化的仿真验证镍掺杂小半径碳纳米管后对SO2的吸附能力及气敏性影响。附图说明图1是本专利技术所述验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法一实施方式的流程图。图2a～2f为本专利技术一种吸附模型中镍掺杂小半径碳纳米管对SO2分子的最佳吸附位置处的主视图和侧视图。图3a～3f为本专利技术一种吸附模型中本征及镍掺杂小半径碳纳米管的能带结构图，其中，图3a是(a)(4,0)SWCNT能带结构图，图3b是Ni-(4,0)SWCNT能带结构图；图3c是(5,0)SWCNT能带结构图；图3d是Ni-(5,0)SWCNT能带结构图；图3e是(6,0)SWCNT能带结构图；图3f是Ni-(6,0)SWCNT能带结构图。图4a～4b为本专利技术一种吸附模型中SO2-本征小半径碳纳米管吸附体系的分波态密度图，其中，图4a没有吸附SO2时碳原子的态密度图，图4b吸附了SO2的结构中对应氧、硫以及碳原子的态密度图。图5为本专利技术一种吸附模型中SO2-镍掺杂小半径碳纳米管吸附体系的分波态密度图；图6a～6b为本专利技术一种吸附模型中SO2-碳纳米管吸附体系和SO2-Ni-碳纳米管吸附体系的电子密度轮廓图，其中，图6a为SO2-碳纳米管吸附体系，图6b为SO2-Ni-碳纳米管(b)吸附体系的电子密度轮廓图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术做进一步说明。图1是本专利技术所述验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法一实施方式的流程图。如图1所示，该验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法包括以下步骤S01～S03。本实施方式中，所述小半径碳纳米管为掺杂镍的小半径碳纳米管，所述气体分子为SO2气体分子。步骤S01(仿真模型建立步骤)：以(n,0)SWCNT(n＝4,5,6)小半径碳纳米管为表面模型。其中(n,0)SWCNT(n＝4,5,6)体系分别包含32、40、48个碳原子，管径分别为然后，在三类表面模型中分别掺杂浓度为2.13％，2.56％，3.23％的镍原子，掺杂后，Ni-(n,0)SWCNT(n＝4,5,6)体系分别包含31、39、47个碳原子和一个镍原子，建立仿真模型。仿真模型优选计算采用晶格常数为a、b、和c的四方晶格超胞，a和b的选择要保证周期性映像的纳米管中最近原子的距离不小于因此本实施方式选用的格子来消除周期性映像的相互作用。在本步骤中，还需要确定掺杂后的仿真模型的各种参数。利用MaterialsStudio软件的Dmol3模块对晶格超胞进行结构优化，确定相应的结构优化参数，使仿真模拟的误差控制在2％以内，符合验证要求，从而得到优化后的镍掺杂小半径碳纳米管模型。本申请所述的结构优化是指利用MaterialsStudio软件的标准数据库建模后，基于软件计算体系的最小能量，结构优化也是计算出体系最小能量的过程。在这个过程中，仿真模型的原子间距会发生改变，原子之间的电子也会发生转移，所以，结构优化后的模型参数会相比标准模型参数有变化，在参数误差小于2％情况下得到的仿真结果是可信的。结构优化后的模型就是模拟的真实模型，如果是结构优化带有气体的模型，那么结构优化就是模拟吸附的过程，得到模型就是吸附后的模型，可以进行相关吸附能量吸附情况计算，优化前的模型只是一个建模，不是吸附后的模型。其中，气体分子的标准模型参数是手动输入的，然后进行结构优化，优化后的参数就是实际建模使用的参数，参数具体指分子的间距，即S原子和O原子的间距。气体分子、原子间的间距即之前测得的间距。在优化模型后确定气体分子的相应参数，完成仿真模型的建立。步骤S02(吸附模拟步骤)：在所述仿真模型中建立不同的气体分子吸附位置，模拟掺杂前和掺杂后不同吸附位置的吸附情况。对不同吸附位置的仿真模型在使用Dmol3模块下使用PBE+GGA算法，在CUSTOM精度下通过结构调整来实现对实物吸附SO2的模拟。步骤S03(分析步骤)：对比不同吸附位置吸附前后的能量差，吸附能最大表示这个位置是实物最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种验证镍掺杂小半径碳纳米管对二氧化硫的吸附能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：仿真模型建立步骤：以(n,0)SWCNT(n＝4,5,6)小半径碳纳米管为表面模型，建立仿真模型并接收输入的气体分子的分子间距，所述仿真模型采用晶格常数为a、b和c的四方晶格超胞；吸附模拟步骤：在所述仿真模型中建立不同的气体分子吸附位置，模拟掺杂前和掺杂后不同吸附位置的吸附情况；分析步骤：对比不同吸附位置吸附前后的能量差，获取吸附能最低的位置对应的预设数据，并计算该吸附能最低的位置的掺杂前和掺杂后的吸附能。

【技术特征摘要】
1.一种验证镍掺杂小半径碳纳米管对二氧化硫的吸附能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：仿真模型建立步骤：以(n,0)SWCNT(n＝4,5,6)小半径碳纳米管为表面模型，建立仿真模型并接收输入的气体分子的分子间距，所述仿真模型采用晶格常数为a、b和c的四方晶格超胞；吸附模拟步骤：在所述仿真模型中建立不同的气体分子吸附位置，模拟掺杂前和掺杂后不同吸附位置的吸附情况；分析步骤：对比不同吸附位置吸附前后的能量差，获取吸附能最低的位置对应的预设数据，并计算该吸附能最低的位置的掺杂前和掺杂后的吸附能。2.如权利要求1所述的验证镍掺杂小半径碳纳米管对SO2的吸附能力的方法，其特征在于：所述表面模型包括32、40、48个碳原子的三类表面模型，所述三类表面模型对应的管径分别为3.如权利要求2所述的验证镍掺杂小半径碳纳米管对二氧化硫的吸附能力的方法，其特征在于：在所述三类表面模型中分别掺杂浓度为2.13％，2.56％，3.23％的镍原子建立仿真模型。4.如权利要求3所述的验证镍掺杂小半径碳纳米管对二氧化硫的吸附能力的方法，其特征在于，仿真模型建立步骤还包括：采用的格子来消除所述仿真模型的周期性映像的相互作用。5.如权利要求4所述的验证镍掺杂小半径碳纳米管对二氧化硫的吸附能力的方法，其特征在于，在建立所述仿真...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炜，曾鹏菀，王腾，王银珍，何琴玉，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44