碳掺杂氮化硼纳米管吸附气体小分子的DFT计算

耿继国 王 宽



碳掺杂氮化硼纳米管吸附气体小分子的DFT计算

耿继国1,2王 宽1

1（北京工业大学 固体微结构与性能研究所 北京 100124）2（泰山学院 物理与电子工程学院 泰安 271021）

采用密度泛函理论研究了氮化硼纳米管(Boron nitride nanotubes, BNNTs)及碳掺杂氮化硼纳米管对O2、NO2、F2气体小分子的气敏特性。计算了三种气体小分子吸附在氮化硼纳米管及碳掺杂氮化硼纳米管表面不同位置时的吸附能、相互作用距离，同时还计算得到了气体分子分别吸附在碳掺杂BNNTs不同位置时的电子态密度。研究结果表明，氮化硼纳米管对O2、NO2、F2气体分子比较敏感，碳掺杂氮化硼纳米管可以明显地改变其表面的化学反应活性，增强气体分子与氮化硼纳米管之间的相互作用。

碳掺杂氮化硼纳米管，吸附，气体分子，密度泛函理论

氮化硼纳米管(Boron nitride nanotubes, BNNTs)是继实验上合成碳纳米管(Carbon nanotube, CNTs)之后成功合成的管状纳米材料之一。其电子学特性与CNTs有明显的不同，它是一种宽带隙半导体纳米管，其带隙宽度和直径、螺旋度、管壁层数几乎无关[1]，这些固有的电子学特性使其成为制造纳米电子器件的重要材料之一，引起了广泛的关注[2‒5]。但目前人们对BNNTs的研究主要集中在其合成方法、储能等领域[6‒8]，在传感器应用方面的研究还不多见。另外，掺杂是改变材料性质的有效手段之一，通过对纳米管掺杂，不仅改变了其电子学特性，而且也可以改变其表面化学反应活性，增强对外来原子、分子的吸附能力[9‒15]。本文采用密度泛函理论(Density functional theory, DFT)计算的方法研究了碳掺杂BNNTs与NO2、O2、F2气体小分子之间的相互作用，试图揭示其对不同气体分子的气敏特性。……