氧气如何影响铁催化碳纳米管成核的活性
材料科学
2025-06-16 v1
摘要
金属纳米颗粒对单壁碳纳米管（SWCNT）成核的催化活性对于实现使用催化化学气相沉积（CVD）的结构可控生长至关重要。尽管氧化催化剂在SWCNT生长中取得了成功，但人们对氧气如何影响催化剂和成核过程仍缺乏理解。采用密度泛函紧束缚（DFTB）的量子化学分子动力学（MD）模拟表明，可以通过氧负载来调节铁纳米颗粒催化剂上碳成核的动力学。增加催化剂中的氧含量通过分别削弱和增强C-C键和Fe-C键，激活了表面结合碳物种并增强了碳链增长。这是由于氧气调节了铁催化剂的电子结构，催化剂的费米能级随氧含量成比例增加，直到铁氧化学计量比达到平衡。费米能级附近Fe 3d态的增加也促进了向未占据C 2p态的电子密度转移，激活了C-C键，从而促进了碳链增长并减缓了碳环缩合。
引用
@article{arxiv.2506.11632,
title = {How oxygen influences the catalytic activity of iron during carbon nanotube nucleation},
author = {Ben McLean and Alister J. Page and Feng Ding},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.11632},
year = {2025}
}
备注
19 pages, 3 Figures