【摘 要】
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碳纳米材料纳米级的多孔结构和大比表面积,使得以碳纳米管和石墨烯为代表的碳纳米材料在吸附领域得到应用。同时,碳纳米管所具有的高纵横比和低密度,石墨烯所具有的独特电学性质,使得二者制成的传感材料具有灵敏度高、检测极限低和响应快速等优点。但是本征碳纳米管与石墨烯中的碳-碳键较为稳定,不易与外界分子发生化学反应,需要进行改性处理提高化学反应活性,使其更适合应用于吸附或传感材料。目前,将碳纳米材料应用于水体
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碳纳米材料纳米级的多孔结构和大比表面积,使得以碳纳米管和石墨烯为代表的碳纳米材料在吸附领域得到应用。同时,碳纳米管所具有的高纵横比和低密度,石墨烯所具有的独特电学性质,使得二者制成的传感材料具有灵敏度高、检测极限低和响应快速等优点。但是本征碳纳米管与石墨烯中的碳-碳键较为稳定,不易与外界分子发生化学反应,需要进行改性处理提高化学反应活性,使其更适合应用于吸附或传感材料。目前,将碳纳米材料应用于水体中盐类污染物吸附的研究还不够全面,对共吸附多种离子吸附效果的研究仍不充分。采用第一性原理的计算方法,分析石墨烯与碳纳米管吸附水体中金属离子与酸根离子后吸附系统的吸附构型、吸附能、电子结构等特性。结果表明:硼掺杂与空位缺陷能够改变石墨烯的电子结构,显著提高石墨烯对Co2+离子的吸附效果;掺杂Co或Ni原子能够使石墨烯对PO43-、HPO42-、H2PO4-离子发生化学吸附,且掺杂石墨烯吸附磷酸根离子后使石墨烯的带隙明显变化,进而引起材料导电性的变化;钛掺杂石墨烯通过Ti原子与NO3-离子形成化学键,从而对NO3-离子发生化学吸附,共存的阴离子虽减弱了Ti掺杂石墨烯对NO3-离子的吸附效果,但仍能形成稳定的化学吸附;硼掺杂碳纳米管更容易通过C原子端吸附CN-离子,且金属离子的存在提高了硼掺杂碳纳米管对CN-离子的吸附效果,Cu2+离子的存在对硼掺杂碳纳米管吸附CN-离子影响效果更为明显。以上研究表明,碳纳米材料对水体中盐污染物有较好的吸附与检测功能,为制作水体盐污染吸附或传感材料提供了理论研究。图37幅;表11个;参103篇。
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