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煤表面和碳纳米管与气体作用的量子化学研究

专 业: 化工工艺
关键词: 煤表面模型 量子化学计算 碳纳米管 煤化学 气体分子 吸附能
分类号: TQ530  O641.121
形 态: 共 85 页 约 55,675 个字 约 2.663 M内容
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内容摘要


气体分子与煤表面的作用是研究煤与气体作用机理的基础。

本论文选用褐煤、次烟煤、高挥发分烟煤、低挥发分烟煤和无烟煤五种结构模型,采用量子化学半经验方法ZINDO分别计算了CH4、CO、CO2、O2、H2O和H2与它们作用的吸附能、吸附距离、作用键级和净电荷变化等微观参数。

采用“多点计算,整体平均”的方法,计算了煤表面与气体间的吸附能,得到气体在煤表面的吸附顺序为:

O2>CO>H2O>CO2>CH4≈H2,与文献研究结论相符。

且本论文计算得到CH4与煤表面的吸附能与文献中的数据基本一致。

量子化学计算所得到的气体与煤表面结合能曲线可以用Morse函数很好地拟合,并求得有关吸附作用的定量参数。

根据气体与煤表面的吸附距离和有关键级的计算结果,CO与煤表面吸附作用最大,而且在有些位点达到了化学作用的强度;H2和CH4与煤表面吸附作用最小可以认为是物理作用;CO2、H2O、O2与煤表面吸附作用相差不大,介于上述二者之间。

煤表面在吸附CH4气体后,各位点碳原子的净电荷均轻微变负;而吸附CO2、H2O、O2、CO和H2后,苯环碳原子的净电荷正电性明显增强,而非苯环碳原子的净电荷变化不明显。

采用半经验量子化学方法分别研究了H2与椅式5,5、椅式6,6和齿式10,0两类缺陷碳纳米管间的相互作用以及H2在缺陷碳纳米管轴线上的运动。

结果表明,H2在碳纳米管缺陷处的作用属于物理吸附,进入碳纳米管的趋势与缺陷的类型及所处位置有关。

从吸附能来看,H2从碳纳米管缺陷中心进入最经济的路径是沿管轴垂直方向进入碳纳米管后沿管轴线平移。

H2与碳纳米管缺陷的作用主要表现在与H2分子几何距离最接近的几个碳原子上,并通过它们影响整个缺陷的微观性质。

H2分子的作用使得碳纳米管缺陷处的对称性有所降低,明显地富集了较多的负电荷,使净电荷的分布趋于不均匀。

此外,缺陷的大小和位置对H2在碳纳米管轴线上的运动没有明显影响..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 煤表面与气体作用的综述
1.1概述
1.2煤表面模型
1.2.1石墨面模型
1.2.2芳香簇模型
1.2.3煤自燃的表面分子结构模型
1.2.4 Wender结构模型
1.2.5 Z型面模型
1.3小结
第二章 计算方法和使用软件的介绍
2.1计算方法简介
2.2使用软件的简介
第三章 气体与煤表面的作用
3.1模型的构建
3.1.1煤表面模型的构建
3.1.2气体分子的参数
3.1.3气体与煤表面作用模型
3.2吸附能、吸附距离、作用键级和净电荷变化
3.2.1计算方法和计算结果1
3.2.1计算方法和计算结果2
3.2.3 Morse函数拟合
3.2.4分析与讨论
第四章 缺陷碳纳米管与氢气的作用
4.1缺陷碳纳米管与氢气作用的研究现状
4.1.1概述
4.1.2缺陷碳纳米管的构建
4.1.3计算方法
4.2结果与讨论
4.2.1氢气与碳纳米管缺陷的作用
4.2.2氢气在缺陷碳纳米管轴线上的运动
第五章 结论与建议
5.1主要结论
5.2创新点
5.3工作建议
参考文献

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中图分类: > TQ530 > 工业技术 > 化学工业 > 煤化学及煤的加工利用 > 煤化学基础理论
其他分类: > O641.121 > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学(理论化学)、化学物理学 > 结构化学

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