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水分子链受限于单壁碳纳米管结构的密度泛函理论研究

范冰冰 王利娜 温合静 关莉 王海龙 张锐

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水分子链受限于单壁碳纳米管结构的密度泛函理论研究

范冰冰, 王利娜, 温合静, 关莉, 王海龙, 张锐

Study on the structure of water chain encapsulated in carbon nanotube by density functional theory

Fan Bing-Bing, Wang Li-Na, Wen He-Jing, Guan Li, Wang Hai-Long, Zhang Rui
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  • 本文采用第一性原理的密度泛函理论,主要以(6,6)Armchair型,(11,0)Zigzag型单壁碳纳米管为研究对象,研究了水分子链在碳纳米管内部吸附的稳定结构,以及结合能随其结构的变化.结果表明:当水分子链受限于碳纳米管内部时,引起碳纳米管直径收缩,这主要是由于水分子链与碳纳米管之间的氢键作用以及范德华弱相互作用所引起的.随着碳纳米管半径的增加,两种单体之间的结合能逐渐减小,但当碳纳米管半径增加至6.78时,其结合能又有所增加,这是由于在优化过程中,水分子链单体之间的氢键作用大于水分子链与碳纳米管之
    The structure of water molecules encapsulated in single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) was studied using a self-consistent charge density functional tight binding method with dispersion correction. The most interesting and important feature observed is the diameter shrinkage of SWCNTs when water chains are confined inside them. The diameter shrinking of SWCNTs may be due to the van der Waals and H-π interaction between water chains and SWCNTs. The binding energy decreases with the increase of the nanotube radius. But when the radius is increased to 6.78 ?, the binding energy is a little increased, and the water chain has changed as a "book-like" structure, which suggests that the weak hydrogen bonding in the isolated water chains is larger than the interaction between water chains and the SWCNTs.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号:50972132)资助的课题.
    [1]

    Iijima S 1991 Nature 354 56

    [2]

    Liew K M, Wong C H, He X Q, Tan M J, Meguid S A 2004 Phys. Rev. B 69 115429

    [3]

    Huang J Y, Chen S, Wang Z Q, Kempa K, Wang Y M, Jo S H, Chen G, Dresselhaus M S, Ren Z F 2006 Nature 439 281

    [4]

    Huang B, Xia Y, Zhao M, Li F, Liu X, Ji Y, Song C 2005 J.Chem. Phys. 122 084708

    [5]

    Tsang S C, Chen Y K, Harris P J F, Green M L H 1994 Nature 372 159

    [6]

    Zhang X Q, Li H, Liew K M 2007 J. Appl. Phys. 102 073709

    [7]

    Zhang K W, Meng L J, Li J, Liu W L, Tang Y, Zhong X J 2008 Acta Phys. Sin. 57 4347 (in Chinese) [张凯旺、孟利军、李 俊、刘文亮、唐 翌、钟建新 2008 物理学报 57 4347]

    [8]

    Li H, Zhang X Q, Sun F W, Li Y F, Liew K M, He X Q 2007 J. Appl. Phys. 102 013702

    [9]

    Ajayan P M, Stephan O, Redlich P, Colliex C 1995 Nature 375 564

    [10]

    Hummer G, Rasaiah J C, Noworyta J P 2001 Nature 414 188

    [11]

    Levinger N E 2002 Science 298 1722

    [12]

    Werder T, Walther J H, Jaffe R L, Halicioglu T, Koumoutsakos P 2003 J. Phys. Chem. B 107 1345

    [13]

    Werder T, Walther J H, Jaffe R L, Halicioglu T, Koumoutsakos P 2008 J. Phys. Chem. B 112 14090

    [14]

    Chen G D, Wang L D, An B, Yang M, Cao D C, Liu G Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 1190 (in Chinese) [陈国栋、王六定、安 博、杨 敏、曹得财、刘光清 2009 物理学报 58 1190]

    [15]

    Mann D J, Halls M D 2003 Phys. Rev. Lett. 90 195503

    [16]

    Li H, Zhang X Q, Liew K M 2008 J. Chem. Phys. 128 034707

    [17]

    Rossi M P, Ye H, Gogotsi Y, Babu S, Ndungu P, Bradley J C 2004 Nano Letters 4 989

    [18]

    Guo D Z, Zhang G M, Zhang Z X, Xue Z Q, Gu Z N 2006 J. Phys. Chem. B 110 1571

    [19]

    Zhao Y, Song L, Deng K, Liu Z, Zhang Z, Yang Y, Wang C, Yang H, Jin A, Luo Q, Gu C, Xie S, Sun L 2008 Adv. Mater. 20 1772

    [20]

    Yuan Q, Zhao Y P 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 6374

    [21]

    Agrawal B K, Singh V, Pathak A, Srivastava R 2007 Phys. Rev. B (Condensed Matter and Materials Physics) 75 195421

    [22]

    Yuan Q, Zhao Y P 2009 Biomicrofluidics 3 022411

    [23]

    Joseph J. W. McDouall K P a M A R 1988 Chem. Phys. Lett. 148 7

    [24]

    Liu T, Huang M B 2007 Mol. Phys.: An International Journal at the Interface Between Chemistry and Physics 105 2279

    [25]

    Hourahine B, Frauenheim T 2007 J. Phys. Chem. A 111 5678

    [26]

    Feng C, Zhang R Q, Dong S L, Niehaus T A, Frauenheim T 2007 J. Phys. Chem. C 111 14131

    [27]

    Lin C S, Zhang R Q, Lee S T, Elstner M, Frauenheim T, Wan L J 2005 J. Phys. Chem. B 109 14183

    [28]

    Elstner M, Hobza P, Frauenheim T, Suhai S, Kaxiras E 2001 J. Chem. Phys. 114 5149

    [29]

    Koga K, Gao G T, Tanaka H, Zeng X C 2001 Nature 412 802

  • [1]

    Iijima S 1991 Nature 354 56

    [2]

    Liew K M, Wong C H, He X Q, Tan M J, Meguid S A 2004 Phys. Rev. B 69 115429

    [3]

    Huang J Y, Chen S, Wang Z Q, Kempa K, Wang Y M, Jo S H, Chen G, Dresselhaus M S, Ren Z F 2006 Nature 439 281

    [4]

    Huang B, Xia Y, Zhao M, Li F, Liu X, Ji Y, Song C 2005 J.Chem. Phys. 122 084708

    [5]

    Tsang S C, Chen Y K, Harris P J F, Green M L H 1994 Nature 372 159

    [6]

    Zhang X Q, Li H, Liew K M 2007 J. Appl. Phys. 102 073709

    [7]

    Zhang K W, Meng L J, Li J, Liu W L, Tang Y, Zhong X J 2008 Acta Phys. Sin. 57 4347 (in Chinese) [张凯旺、孟利军、李 俊、刘文亮、唐 翌、钟建新 2008 物理学报 57 4347]

    [8]

    Li H, Zhang X Q, Sun F W, Li Y F, Liew K M, He X Q 2007 J. Appl. Phys. 102 013702

    [9]

    Ajayan P M, Stephan O, Redlich P, Colliex C 1995 Nature 375 564

    [10]

    Hummer G, Rasaiah J C, Noworyta J P 2001 Nature 414 188

    [11]

    Levinger N E 2002 Science 298 1722

    [12]

    Werder T, Walther J H, Jaffe R L, Halicioglu T, Koumoutsakos P 2003 J. Phys. Chem. B 107 1345

    [13]

    Werder T, Walther J H, Jaffe R L, Halicioglu T, Koumoutsakos P 2008 J. Phys. Chem. B 112 14090

    [14]

    Chen G D, Wang L D, An B, Yang M, Cao D C, Liu G Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 1190 (in Chinese) [陈国栋、王六定、安 博、杨 敏、曹得财、刘光清 2009 物理学报 58 1190]

    [15]

    Mann D J, Halls M D 2003 Phys. Rev. Lett. 90 195503

    [16]

    Li H, Zhang X Q, Liew K M 2008 J. Chem. Phys. 128 034707

    [17]

    Rossi M P, Ye H, Gogotsi Y, Babu S, Ndungu P, Bradley J C 2004 Nano Letters 4 989

    [18]

    Guo D Z, Zhang G M, Zhang Z X, Xue Z Q, Gu Z N 2006 J. Phys. Chem. B 110 1571

    [19]

    Zhao Y, Song L, Deng K, Liu Z, Zhang Z, Yang Y, Wang C, Yang H, Jin A, Luo Q, Gu C, Xie S, Sun L 2008 Adv. Mater. 20 1772

    [20]

    Yuan Q, Zhao Y P 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 6374

    [21]

    Agrawal B K, Singh V, Pathak A, Srivastava R 2007 Phys. Rev. B (Condensed Matter and Materials Physics) 75 195421

    [22]

    Yuan Q, Zhao Y P 2009 Biomicrofluidics 3 022411

    [23]

    Joseph J. W. McDouall K P a M A R 1988 Chem. Phys. Lett. 148 7

    [24]

    Liu T, Huang M B 2007 Mol. Phys.: An International Journal at the Interface Between Chemistry and Physics 105 2279

    [25]

    Hourahine B, Frauenheim T 2007 J. Phys. Chem. A 111 5678

    [26]

    Feng C, Zhang R Q, Dong S L, Niehaus T A, Frauenheim T 2007 J. Phys. Chem. C 111 14131

    [27]

    Lin C S, Zhang R Q, Lee S T, Elstner M, Frauenheim T, Wan L J 2005 J. Phys. Chem. B 109 14183

    [28]

    Elstner M, Hobza P, Frauenheim T, Suhai S, Kaxiras E 2001 J. Chem. Phys. 114 5149

    [29]

    Koga K, Gao G T, Tanaka H, Zeng X C 2001 Nature 412 802

  • [1] 曹胜果, 韩佳凝, 李占海, 张振华. 扶手椅型C3B纳米带: 结构稳定性、电子特性及调控效应. 物理学报, 2023, 72(11): 117101. doi: 10.7498/aps.72.20222434
    [2] 李媛媛, 胡竹斌, 孙海涛, 孙真荣. 胆红素分子激发态性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2020, 69(16): 163101. doi: 10.7498/aps.69.20200518
    [3] 罗强, 杨恒, 郭平, 赵建飞. N型甲烷水合物结构和电子性质的密度泛函理论计算. 物理学报, 2019, 68(16): 169101. doi: 10.7498/aps.68.20182230
    [4] 刘娜, 危阳, 马新国, 祝林, 徐国旺, 楚亮, 黄楚云. 钙钛矿APbI3结构稳定性及光电性质的理论研究. 物理学报, 2017, 66(5): 057103. doi: 10.7498/aps.66.057103
    [5] 王雅静, 李桂霞, 王治华, 宫立基, 王秀芳. Imogolite类纳米管直径单分散性密度泛函理论研究. 物理学报, 2016, 65(4): 048101. doi: 10.7498/aps.65.048101
    [6] 余本海, 陈东. 用密度泛函理论研究氮化硅新相的电子结构、光学性质和相变. 物理学报, 2014, 63(4): 047101. doi: 10.7498/aps.63.047101
    [7] 吕瑾, 杨丽君, 王艳芳, 马文瑾. Al2Sn(n=210)团簇结构特征和稳定性的密度泛函理论研究. 物理学报, 2014, 63(16): 163601. doi: 10.7498/aps.63.163601
    [8] 徐莹莹, 阚玉和, 武洁, 陶委, 苏忠民. 并苯纳米环[6]CA及其衍生物的电子结构和光物理性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2013, 62(8): 083101. doi: 10.7498/aps.62.083101
    [9] 张致龙, 陈玉红, 任宝兴, 张材荣, 杜瑞, 王伟超. (HMgN3)n(n=15)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2011, 60(12): 123601. doi: 10.7498/aps.60.123601
    [10] 王益军, 王六定, 杨敏, 严诚, 王小冬, 席彩萍, 李昭宁. 锥顶碳纳米管的结构稳定性与场致发射性能. 物理学报, 2011, 60(7): 077303. doi: 10.7498/aps.60.077303
    [11] 金蓉, 谌晓洪. 密度泛函理论对ZrnPd团簇结构和性质的研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6955-6962. doi: 10.7498/aps.59.6955
    [12] 汪志刚, 张杨, 文玉华, 朱梓忠. ZnO原子链的结构稳定性和电子性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(3): 2051-2056. doi: 10.7498/aps.59.2051
    [13] 李喜波, 王红艳, 罗江山, 吴卫东, 唐永建. 密度泛函理论研究ScnO(n=1—9)团簇的结构、稳定性与电子性质. 物理学报, 2009, 58(9): 6134-6140. doi: 10.7498/aps.58.6134
    [14] 杨培芳, 胡娟梅, 滕波涛, 吴锋民, 蒋仕宇. Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3331-3337. doi: 10.7498/aps.58.3331
    [15] 陈亮, 徐灿, 张小芳. 氧化镁纳米管团簇电子结构的密度泛函研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1603-1607. doi: 10.7498/aps.58.1603
    [16] 李仁全, 潘春玲, 文玉华, 朱梓忠. Ag原子链的结构稳定性和磁性. 物理学报, 2009, 58(4): 2752-2756. doi: 10.7498/aps.58.2752
    [17] 夏明霞, 颜 宁, 李红星, 宁乃东, 蔺西伟, 谢 中. 外加电场作用下碳纳米管结构稳定性及结构修饰研究. 物理学报, 2007, 56(1): 113-116. doi: 10.7498/aps.56.113
    [18] 陈玉红, 张材荣, 马 军. MgmBn(m=1,2;n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2006, 55(1): 171-178. doi: 10.7498/aps.55.171
    [19] 叶贞成, 蔡 钧, 张书令, 刘洪来, 胡 英. 方阱链流体在固液界面分布的密度泛函理论研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4044-4052. doi: 10.7498/aps.54.4044
    [20] 沈汉鑫, 蔡娜丽, 文玉华, 朱梓忠. Nb原子链的结构稳定性和电子性质. 物理学报, 2005, 54(11): 5362-5366. doi: 10.7498/aps.54.5362
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-12-05
  • 修回日期:  2010-04-16
  • 刊出日期:  2011-01-15

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