碳纳米管位于催化纳米颗粒之上稳定性的分子动力学研究

通过分子动力学模拟研究了置于催化镍纳米颗粒顶部的单壁碳纳米管的稳定性。作为案例研究，我们考虑了由 720 个碳原子组成的 $(12,0)$ 纳米管和二十面体 Ni$_{309}$ 团簇。进行了一组明确的恒温模拟，以覆盖从 400 到 1200 K 的宽温度范围，在该范围内已通过化学气相沉积实验成功实现了碳纳米管的生长。分析了系统稳定性对涉及原子间相互作用参数的依赖性。结果表明，取决于 Ni-C 势的参数，纳米管在纳米颗粒之上的动力学可能出现不同的情景。当相互作用较弱时，纳米管是稳定的并类似于其高度对称的结构，而相互作用能的增加会导致纳米管在模拟初始阶段突然坍塌。为了验证模拟中使用的 Ni-C 相互作用参数，对碳 - 镍化合物的势能面进行了 DFT 计算。计算得到的 Ni-C 键解离能与 MD 方法模拟的稳定且未变形纳米管情况下的数值吻合良好。