碳納米管功能化分子動力學模擬研究.pdf

1、近年來碳納米管的功能化成為納米領域一大研究熱點。通過對碳納米管進行功能化,使其在某些溶液環(huán)境或者納米復合材料中的分散度得到明顯改善,并且為碳納米管的分離或提純提供了更為有利的條件。
　　碳納米管的功能化研究已逐步發(fā)展成為制備具有某些特定功能的碳納米管及其復合材料的手段。功能化后的碳納米管不僅保持了原有的特異性質,而且還表現出修飾基團參加反應的活性,為碳納米管的分散、組裝及表面反應提供了可能,從而引起了科學家的極大興趣,也使得碳納米

2、管在納米材料的舞臺上更加活躍。
　　本文運用分子模擬的方法來研究手性分子非共價修飾單壁碳納米管的微觀結構、界面作用以及熱學性能,主要研究內容包括以下三個部分:
　　1.以聯萘及其衍生物為核,以亞苯基為重復單元,1-3代的手性樹狀分子以及碳納米管模型的建立與結構優(yōu)化。研究了單壁碳納米管與手性樹狀分子G0-G2之間的相互作用,通過能量分析,溫度的影響和RDF分析得出以下結論:它們之間存在著強的非鍵作用能,這與G0-G2都具有數量

3、不等的芳香環(huán),發(fā)生包裹行為時可能與碳納米管側壁的π電子體系發(fā)生π–π作用有關,這種相互作用使得碳納米管與樹狀分子之間的結合能增強。并且研究了溫度的影響,溫度對單壁碳納米管和G0之間的相互作用影響較小,而單壁碳管和G1、G2之間的相互作用隨著溫度的升高有著明顯的減小。分析了三個復合體系的徑向分布函數,說明單壁碳納米管和手性樹狀分子能通過非鍵相互作用而有效的結合。理論上用手性分子非共價功能化單壁碳納米管,為制成高靈敏性的手性熒光傳感器提供了

4、理論依據。
　　2.用分子動力學模擬L-色氨酸(Try)非共價修飾到單壁碳納米管(SWNT),研究其相互作用,理論上實現L-色氨酸(Try)非共價功能化單壁碳納米管。利用分子動力學計算了200ps內兩組份之間的相互作用,發(fā)現復合體系在整個模擬時間內的過程是一個能量逐漸降低并且逐漸達到穩(wěn)定結構的過程,也說明復合體系中單壁碳納米管和L-色氨酸之間能通過相互作用而復合。單壁碳納米管和L-色氨酸的結合能除了有π–π相互作用以外,還存在范德

5、華力和靜電作用能,在498K時結合能最低,復合體系相對穩(wěn)定。
　　3.將L-酪氨酸(Tyr)非共價修飾到單壁碳納米管(SWNT)上,利用分子動力學計算了200ps內兩組份之間的相互作用,發(fā)現復合體系在整個模擬時間內的過程是一個能量逐漸降低并且逐漸達到穩(wěn)定結構的過程,也說明復合體系中單壁碳納米管和L-酪氨酸之間能通過相互作用而復合。分析了從298K到598K之間復合體系的能量變化,發(fā)現不同溫度下結合能均為負值,表明兩者之間存在著強的

6、相互作用能,說明單壁碳納米管和L-酪氨酸的結合能除了有π–π相互作用以外,也存在較強的范德華能來相互作用,也存在一定的靜電能。在373k時復合體系有相對穩(wěn)定的結構。最后通過對L-色氨酸和L-酪氨酸功能化單壁碳納米管模擬結果進行對比,發(fā)現L-色氨酸與單壁碳納米管復合體系有更低的結合能,更穩(wěn)定的結構,并且非鍵作用主要為范德華力,其次為靜電力。預期利用氨基酸的手性特點再與碳納米管的獨特特性結合,應用到手性物質的分離、識別、測定等方面。這對于拓