钴掺杂氮化硼纳米管吸附氯酚类污染物的理论研究

王若曦 张冬菊 刘成卜

引用本文: 王若曦, 张冬菊, 刘成卜. 钴掺杂氮化硼纳米管吸附氯酚类污染物的理论研究[J]. 物理化学学报, 2015, 31(5): 877-884. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503161 shu
Citation:  WANG Ruo-Xi, ZHANG Dong-Ju, LIU Cheng-Bu. Theoretical Study of Adsorption of Chlorinated Phenol Pollutants on Co-Doped Boron Nitride Nanotubes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(5): 877-884. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503161 shu

钴掺杂氮化硼纳米管吸附氯酚类污染物的理论研究

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21273131) (21273131)

    山东省高等学校科技计划项目(J11LB08) (J11LB08)

    山东省自然科学基金(ZR2013BM019)资助 (ZR2013BM019)

摘要:

氯酚(CPs)类污染物是形成持久性有机污染物二噁英的先驱物, 具有较强的致畸、致癌和致突变性. 为探索去除或检测这类污染物的新型材料, 应用密度泛函理论研究了(8,0)单壁氮化硼纳米管(BNNT)和Co掺杂的(8,0)单壁氮化硼纳米管(Co-BNNT)对2-氯酚(2-CP)、2,4,6-三氯酚(TCP)、五氯酚(PCP)的吸附行为及作用机制. 结果表明, 与BNNT相比, Co-BNNT费米能级附近出现杂化态, 带隙明显减小. BNNT对2-CP、TCP和PCP呈现物理吸附, 而Co-BNNT对三种氯酚则是化学吸附, 纳米管与分子间发生了明显的电荷转移, 体系态密度在费米能级附近发生了明显变化. Co原子掺杂明显增强了BNNT的电子输运能力, 提高了纳米管对氯酚的吸附活性. Co-BNNT有望是去除或检测氯酚类污染物的潜在资源.

English

    1. [1]

      (1) Kauffman, D. R.; Sorescu, D. C.; Schofield, D. P.; Allen, B. L.; Jordan, K. D.; Star, A. Nano Lett. 2010, 10, 958. doi: 10.1021/nl903888c

      (1) Kauffman, D. R.; Sorescu, D. C.; Schofield, D. P.; Allen, B. L.; Jordan, K. D.; Star, A. Nano Lett. 2010, 10, 958. doi: 10.1021/nl903888c

    2. [2]

      (2) Girao, E. C.; Fagan, S. B.; Zanella, I.; Filho, A. G. S. Journal of Hazardous Materials 2010, 184, 678. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.08.091(2) Girao, E. C.; Fagan, S. B.; Zanella, I.; Filho, A. G. S. Journal of Hazardous Materials 2010, 184, 678. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.08.091

    3. [3]

      (3) Chen, G. C.; Shan, X. Q.; Pei, Z. G.; Wang, H. H.; Zheng, L. R.; Zhang, J.; Xie, Y. N. Journal of Hazardous Materials 2011, 188, 156. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.01.095(3) Chen, G. C.; Shan, X. Q.; Pei, Z. G.; Wang, H. H.; Zheng, L. R.; Zhang, J.; Xie, Y. N. Journal of Hazardous Materials 2011, 188, 156. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.01.095

    4. [4]

      (4) Rubio, A.; Corkill, J. L.; Cohen, M. L. Phys. Rev. B 1994, 49, 5081. doi: 10.1103/PhysRevB.49.5081(4) Rubio, A.; Corkill, J. L.; Cohen, M. L. Phys. Rev. B 1994, 49, 5081. doi: 10.1103/PhysRevB.49.5081

    5. [5]

      (5) Chopra, N. G.; Luyken, R. J.; Cherrey, K.; Crespi, V. H.; Cohen, M. L.; Louie, S. G.; Zettl, A. Science 1995, 269, 966. doi: 10.1126/science.269.5226.966(5) Chopra, N. G.; Luyken, R. J.; Cherrey, K.; Crespi, V. H.; Cohen, M. L.; Louie, S. G.; Zettl, A. Science 1995, 269, 966. doi: 10.1126/science.269.5226.966

    6. [6]

      (6) Ma, R. Z.; Bando, Y.; Zhu, H.W.; Sato, T.; Xu, C.; Wu, D. H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 7672. doi: 10.1021/ja026030e(6) Ma, R. Z.; Bando, Y.; Zhu, H.W.; Sato, T.; Xu, C.; Wu, D. H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 7672. doi: 10.1021/ja026030e

    7. [7]

      (7) Gao, Y, F.; Meng, Q. Y.; Zhang, L.; Liu, J. Q.; Jing, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1077. [高宇飞, 孟庆元, 张璐, 刘甲秋, 荆宇航. 物理化学学报, 2012, 28, 1077.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201202273(7) Gao, Y, F.; Meng, Q. Y.; Zhang, L.; Liu, J. Q.; Jing, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1077. [高宇飞, 孟庆元, 张璐, 刘甲秋, 荆宇航. 物理化学学报, 2012, 28, 1077.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201202273

    8. [8]

      (8) Zhao, J. X.; Ding, Y. H. J. Chem. Phys. 2009, 131, 014706. doi: 10.1063/1.3167409(8) Zhao, J. X.; Ding, Y. H. J. Chem. Phys. 2009, 131, 014706. doi: 10.1063/1.3167409

    9. [9]

      (9) Choi, H.; Park, Y. C.; Kim, Y. H.; Lee, Y. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2084. doi: 10.1021/ja1101807(9) Choi, H.; Park, Y. C.; Kim, Y. H.; Lee, Y. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2084. doi: 10.1021/ja1101807

    10. [10]

      (10) Yu, Y. L.; Chen, H.; Liu, Y.; Li, L. H.; Chen, Y. Electrochemistry Communications 2013, 30, 29. doi: 10.1016/j.elecom.2013.01.026(10) Yu, Y. L.; Chen, H.; Liu, Y.; Li, L. H.; Chen, Y. Electrochemistry Communications 2013, 30, 29. doi: 10.1016/j.elecom.2013.01.026

    11. [11]

      (11) Wu, X. J.; Yang, J. L.; Zeng, X. C. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12001. doi: 10.1021/ja063653+(11) Wu, X. J.; Yang, J. L.; Zeng, X. C. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12001. doi: 10.1021/ja063653+

    12. [12]

      (12) Chen, R. Z.; Zhi, C. Y.; Yang, H.; Bando, Y.; Zhang, Z. Y.; Sugiur, N.; lberg, D. J. Colloid Interface Sci. 2011, 359, 261. doi: 10.1016/j.jcis.2011.02.071(12) Chen, R. Z.; Zhi, C. Y.; Yang, H.; Bando, Y.; Zhang, Z. Y.; Sugiur, N.; lberg, D. J. Colloid Interface Sci. 2011, 359, 261. doi: 10.1016/j.jcis.2011.02.071

    13. [13]

      (13) Ponraj, S. B.; Chen, Z. Q.; Li, L. H.; Shankaranarayanan, J. S.; Rajmohan, G. D.; Plessis, J. D.; Sinclair, A. J.; Chen, Y.; Wang, X. G.; Kanwar, J. R.; Dai, X. J. Langmuir 2014, 30, 10712. doi: 10.1021/la502960h(13) Ponraj, S. B.; Chen, Z. Q.; Li, L. H.; Shankaranarayanan, J. S.; Rajmohan, G. D.; Plessis, J. D.; Sinclair, A. J.; Chen, Y.; Wang, X. G.; Kanwar, J. R.; Dai, X. J. Langmuir 2014, 30, 10712. doi: 10.1021/la502960h

    14. [14]

      (14) Zhao, J. X.; Ding, Y. H. Diamond and Related Mater. 2010, 19, 1073. doi: 10.1016/j.diamond.2010.03.011(14) Zhao, J. X.; Ding, Y. H. Diamond and Related Mater. 2010, 19, 1073. doi: 10.1016/j.diamond.2010.03.011

    15. [15]

      (15) Anota, E. C.; Cocoletzi, G. H. J. Mol. Model 2013, 19, 2335. doi: 10.1007/s00894-013-1782-3(15) Anota, E. C.; Cocoletzi, G. H. J. Mol. Model 2013, 19, 2335. doi: 10.1007/s00894-013-1782-3

    16. [16]

      (16) Fan, Y.; Wang, Y. S.; Lou, J. S.; Xu, S. F.; Zhang, L. G.; An, L. N. J. Am. Ceram. Soc. 2006, 89, 740. doi: 10.1111/jace.2006.89.issue-2(16) Fan, Y.; Wang, Y. S.; Lou, J. S.; Xu, S. F.; Zhang, L. G.; An, L. N. J. Am. Ceram. Soc. 2006, 89, 740. doi: 10.1111/jace.2006.89.issue-2

    17. [17]

      (17) Wang, Q.; Liu, Y. J.; Zhao, J. X. J. Mol. Model. 2013, 19, 1143. doi: 10.1007/s00894-012-1662-2(17) Wang, Q.; Liu, Y. J.; Zhao, J. X. J. Mol. Model. 2013, 19, 1143. doi: 10.1007/s00894-012-1662-2

    18. [18]

      (18) Beheshtian, J.; Peyghan, A. A.; Tabar, M. B.; Bagheri, Z. Appl. Surf. Sci. 2013, 266, 182. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.11.128(18) Beheshtian, J.; Peyghan, A. A.; Tabar, M. B.; Bagheri, Z. Appl. Surf. Sci. 2013, 266, 182. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.11.128

    19. [19]

      (19) Wu, X. J.; Yang, J. L.; Hou, J. G.; Zhu, Q. S. J. Chem. Phys. 2006, 124, 54706. doi: 10.1063/1.2162897(19) Wu, X. J.; Yang, J. L.; Hou, J. G.; Zhu, Q. S. J. Chem. Phys. 2006, 124, 54706. doi: 10.1063/1.2162897

    20. [20]

      (20) Wu, X. J.; Yang, J. L.; Zeng, X. C. J. Chem. Phys. 2006, 125, 044704. doi: 10.1063/1.2210933(20) Wu, X. J.; Yang, J. L.; Zeng, X. C. J. Chem. Phys. 2006, 125, 044704. doi: 10.1063/1.2210933

    21. [21]

      (21) Tang, C. C.; Bando, Y.; Huang, Y.; Yue, S. L.; Gu, C. Z.; Xu, F. F.; lberg, D. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6552. doi: 10.1021/ja042388u(21) Tang, C. C.; Bando, Y.; Huang, Y.; Yue, S. L.; Gu, C. Z.; Xu, F. F.; lberg, D. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6552. doi: 10.1021/ja042388u

    22. [22]

      (22) Wang, R. X.; Zhang, D. J.; Liu, Y. J.; Liu, C. B. Nanotechnology 2009, 20, 505704. doi: 10.1088/0957-4484/20/50/505704(22) Wang, R. X.; Zhang, D. J.; Liu, Y. J.; Liu, C. B. Nanotechnology 2009, 20, 505704. doi: 10.1088/0957-4484/20/50/505704

    23. [23]

      (23) Xie, Y.; Zhang, J. M. Comput. Theor. Chem. 2011, 976, 215. doi: 10.1016/j.comptc.2011.08.031(23) Xie, Y.; Zhang, J. M. Comput. Theor. Chem. 2011, 976, 215. doi: 10.1016/j.comptc.2011.08.031

    24. [24]

      (24) Li, X. M.; Tian, W. Q.; Dong, Q.; Huang, X. R.; Sun, C. C.; Jiang, L. Comput. Theor. Chem. 2011, 964, 199. doi: 10.1016/j.comptc.2010.12.026(24) Li, X. M.; Tian, W. Q.; Dong, Q.; Huang, X. R.; Sun, C. C.; Jiang, L. Comput. Theor. Chem. 2011, 964, 199. doi: 10.1016/j.comptc.2010.12.026

    25. [25]

      (25) Zhao, J. X.; Ding, Y. H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5778. doi: 10.1021/jp7121196(25) Zhao, J. X.; Ding, Y. H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5778. doi: 10.1021/jp7121196

    26. [26]

      (26) Tontapha, S.; Ruangpornvisuti, V.; Wanno, B. J Mol. Model. 2013, 19, 239. doi: 10.1007/s00894-012-1537-6(26) Tontapha, S.; Ruangpornvisuti, V.; Wanno, B. J Mol. Model. 2013, 19, 239. doi: 10.1007/s00894-012-1537-6

    27. [27]

      (27) Shao, P.; Kuang, X. Y.; Ding, L. P.; Yang, J.; Zhong, M. M. Appl. Surf. Sci. 2013, 285, 350. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.08.061(27) Shao, P.; Kuang, X. Y.; Ding, L. P.; Yang, J.; Zhong, M. M. Appl. Surf. Sci. 2013, 285, 350. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.08.061

    28. [28]

      (28) Morais, P. D.; Stoichev, T.; Basto, M.; Vasconcelos, M. Talanta 2012, 89, 1. doi: 10.1016/j.talanta.2011.12.044(28) Morais, P. D.; Stoichev, T.; Basto, M.; Vasconcelos, M. Talanta 2012, 89, 1. doi: 10.1016/j.talanta.2011.12.044

    29. [29]

      (29) Becker, R.; Buge, H. G.; Win, T. Chemosphere 2002, 47, 1001. doi: 10.1016/S0045-6535(02)00004-8(29) Becker, R.; Buge, H. G.; Win, T. Chemosphere 2002, 47, 1001. doi: 10.1016/S0045-6535(02)00004-8

    30. [30]

      (30) Chen, G. C.; Shan, X. Q.; Wang, Y. S.; Wen, B.; Pei, Z. G.; Xie, Y. N.; Liu, T.; Pignatello, J. J. Water Res. 2009, 43, 2409. doi: 10.1016/j.watres.2009.03.002(30) Chen, G. C.; Shan, X. Q.; Wang, Y. S.; Wen, B.; Pei, Z. G.; Xie, Y. N.; Liu, T.; Pignatello, J. J. Water Res. 2009, 43, 2409. doi: 10.1016/j.watres.2009.03.002

    31. [31]

      (31) Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2058. doi: 10.1021/ja003830l(31) Long, R. Q.; Yang, R. T. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2058. doi: 10.1021/ja003830l

    32. [32]

      (32) Zolgharnein, J.; Shariatmanesh, T.; Babaei, A. Sensors and Actuators B 2013, 186, 536. doi: 10.1016/j.snb.2013.06.040(32) Zolgharnein, J.; Shariatmanesh, T.; Babaei, A. Sensors and Actuators B 2013, 186, 536. doi: 10.1016/j.snb.2013.06.040

    33. [33]

      (33) Zheng, Y. Q.; Yang, C. Z.; Zhang, J. D.; Pu, W. H.; Long, F.; Chen, X. F. Chinese Journal of Analysis Laboratory 2008, 27 (10), 1. [郑燕琼, 杨昌柱, 张敬东, 濮文虹, 龙峰, 陈晓峰. 分析试验室, 2008, 27 (10), 1.](33) Zheng, Y. Q.; Yang, C. Z.; Zhang, J. D.; Pu, W. H.; Long, F.; Chen, X. F. Chinese Journal of Analysis Laboratory 2008, 27 (10), 1. [郑燕琼, 杨昌柱, 张敬东, 濮文虹, 龙峰, 陈晓峰. 分析试验室, 2008, 27 (10), 1.]

    34. [34]

      (34) Modi, A.; Koratkar, N.; Lass, E.; Wei, B.; Ajayan, P. M. Nature 2003, 424, 171. doi: 10.1038/nature01777(34) Modi, A.; Koratkar, N.; Lass, E.; Wei, B.; Ajayan, P. M. Nature 2003, 424, 171. doi: 10.1038/nature01777

    35. [35]

      (35) Fu, M. Z.; Xing, H. Z.; Chen, X. F.; Zhao, R. S.; Zhi, C. Y.; Wu, C. L. Anal. Bioanal. Chem. 2014, 406, 5751. doi: 10.1007/s00216-014-8032-0(35) Fu, M. Z.; Xing, H. Z.; Chen, X. F.; Zhao, R. S.; Zhi, C. Y.; Wu, C. L. Anal. Bioanal. Chem. 2014, 406, 5751. doi: 10.1007/s00216-014-8032-0

    36. [36]

      (36) Delley, B. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756. doi: 10.1063/1.1316015(36) Delley, B. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756. doi: 10.1063/1.1316015

    37. [37]

      (37) Perdew, J. P.; Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 13244. doi: 10.1103/PhysRevB.45.13244(37) Perdew, J. P.; Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 13244. doi: 10.1103/PhysRevB.45.13244

    38. [38]

      (38) Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188. doi: 10.1103/PhysRevB.13.5188

      (38) Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188. doi: 10.1103/PhysRevB.13.5188

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  280
  • 文章访问数:  636
  • HTML全文浏览量:  2
文章相关
  • 发布日期:  2015-05-08
  • 收稿日期:  2014-10-17
  • 网络出版日期:  2015-03-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章