高温合成中氮化硼纳米管前驱体的形成：动力学与热力学建模
化学物理
2021-09-22 v3 原子与分子团簇
摘要
我们对 B/N2 混合物高温合成过程中氮化硼纳米管（BNNT）前驱体的化学形成路径进行了综合建模。建模涵盖了量子化学、量子-经典分子动力学、热力学和动力学方法。结果表明，BN 化合物是在 N2 分子与小型硼团簇（N2 分子固定）相互作用中形成的，而非与反应性较低的液态硼作用。我们证明液态硼的转化与消耗通过团簇蒸发（Bm，m 小于等于 5）及其随后转化为 BmNn 链而进行。此类链的产生对 BNNT 的生长至关重要，因为这些链构成了更大更长 BN 链与环的构筑基元，而后者本身又是 fullborene 与 BNNT 的构筑基元。此外，动力学建模揭示 B4N4 与 B5N4 物种在 N2 分子固定过程中起主要作用。在热力学平衡假设下，经与 B4 和 B5 团簇反应形成这些物种的过程未能被充分描述，因为 B4N4 与 B5N4 的积累均依赖于背景气体压力与气体冷却速率。长 BN 链与环作为 fullborene 和 BNNT 生长的前驱体，通过组分 B4N4 与 B5N4 的自组装形成。我们的建模结果（特别是较高气体压力下 B4N4 与 B5N4 物种密度增加）解释了实验观测到的气体压力对高质量 BNNT 产率的影响。我们还研究了氢的催化作用；表明在氢存在下，HBNH 分子可能是 BNNT 合成的主要前驱体。
引用
@article{arxiv.2105.05934,
title = {Boron nitride nanotube precursor formation during high-temperature synthesis: kinetic and thermodynamic modelling},
author = {Yuri Barsukov and Omesh Dwivedi and Igor Kaganovich and Sierra Jubin and Alexander Khrabry and Stephane Ethier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.05934},
year = {2021}
}
备注
20 pages, 11 figures, 5 tables