氙、氪在過(guò)渡金屬修飾的石墨烯表面吸附的理論研究.pdf

1、氙、氪在工業(yè)、醫(yī)療、生活以及科研中都有非常廣泛的應(yīng)用。其制備主要來(lái)源于空氣的液化分離。然而，由于兩者化學(xué)性質(zhì)極為相似，要將它們的混合氣進(jìn)行有效的分離具有很大的難度。目前，常用的分離方法以固體吸附法為主，如若能弄清氙、氪與固體表面的作用原理，那么在選擇吸附基質(zhì)時(shí)必定會(huì)取得事半功倍的成效。實(shí)驗(yàn)上主要從散射和光譜學(xué)的角度來(lái)研究氣體與固體表面的相互作用，但實(shí)際操作中存在著一定的難度和局限性。理論計(jì)算方法從理論角度出發(fā)，為揭示氙、氪與固體表面之間

2、吸附作用的本質(zhì)提供了一種新的研究手段和思路。
　　氙、氪在固體表面上的吸附一直以來(lái)都是研究弱相互作用的理想模型。然而，此類(lèi)吸附的基底多選用金屬或金屬氧化物表面，非金屬表面使用得較少。石墨烯以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及性能吸引著國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)其進(jìn)行各種過(guò)渡金屬的修飾以及摻雜。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)表面具有很高的氣體敏感性與催化活性。本課題利用團(tuán)簇模型，結(jié)合高精度的從頭算MP2以及密度泛函方法M06-2x計(jì)算方法來(lái)研究氙、氪與石墨烯表面及過(guò)渡金屬修

3、飾的石墨烯表面的作用本質(zhì)。研究結(jié)果如下：
　?。?）MP2及M06-2x計(jì)算結(jié)果均顯示，氙、氪在石墨烯表面上的吸附屬于物理吸附，且吸附具有一定的規(guī)律性，即三個(gè)位點(diǎn)吸附能的大小順序?yàn)镠ollow>Bridge>Top，且吸附能越大，對(duì)應(yīng)的平衡吸附距離越小。氙與石墨烯表面的相互作用強(qiáng)于氪與石墨烯表面的相互作用。其中，MP2/AVTZ的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值十分相符。
　　（2）MP2及M06-2x計(jì)算結(jié)果均顯示，氙、氪在金屬修飾的石墨

4、烯表面更易吸附于Bridge位點(diǎn)，且Bridge位點(diǎn)與Top位點(diǎn)的吸附能非常接近。氙、氪與金屬修飾的石墨烯表面的相互作用強(qiáng)于其與純凈石墨烯表面及金屬表面的相互作用，金屬的參與拉大了氙、氪與石墨烯表面的作用能之差。可見(jiàn)，金屬的修飾增強(qiáng)了石墨烯對(duì)氙、氪的敏感性以及選擇性。
　　（3）在M06-2x/ARD水平下對(duì)吸附能作NEDA分析，將其分解為靜電能、電荷遷移能、極化能、交換相關(guān)能以及形變能五個(gè)部分。結(jié)果顯示，極化作用在氙、氪與金屬修