窒化ホウ素およびカーボンナノチューブへのメタン吸着の理論的調査

単層窒化ホウ素ナノチューブ（BNNT）およびカーボンナノチューブ（CNT）へのメタン吸着は、一般化勾配近似内の密度官能理論を使用して研究されました。（8,0）BNNTおよび（8,0）CNTの外面に近づくCH4分子のいくつかの結合構成の構造最適化は、CH4分子が-2.84 kCal mol -1の結合エネルギーでCNTに優先的に吸着されていることを示しています。異なる直径（曲率）のナノチューブの比較研究は、外面のメタン吸着能力がより広いCNTの増加とより広いBNNTの減少を明らかにしています。BNNTへの欠陥の導入は、メタンの吸着を大幅に促進します。また、二重層または単一層のメタン分子を結合する可能性を調べ、メタン分子がBNNTまたはCNTのいずれかに単一層として優先的に吸着することを発見しました。ただし、二重層の吸着はCNTおよび欠陥のあるBNNTで実行可能であり、吸着CH4分子ごとにそれぞれ-3.00および-1.44 kcal mol -1の結合エネルギーが必要です。私たちの第一原理の調査結果は、BNNTが天然ガス貯蔵に適していない材料である可能性があることを示しています。

Methane adsorption onto single-wall boron nitride nanotubes (BNNTs) and carbon nanotubes (CNTs) was studied using the density functional theory within the generalized gradient approximation. The structural optimization of several bonding configurations for a CH4 molecule approaching the outer surface of the (8,0) BNNT and (8,0) CNT shows that the CH4 molecule is preferentially adsorbed onto the CNT with a binding energy of -2.84 kcal mol-1. A comparative study of nanotubes with different diameters (curvatures) reveals that the methane adsorptive capability for the exterior surface increases for wider CNTs and decreases for wider BNNTs. The introduction of defects in the BNNT significantly enhances methane adsorption. We also examined the possibility of binding a bilayer or a single layer of methane molecules and found that methane molecules preferentially adsorb as a single layer onto either BNNTs or CNTs. However, bilayer adsorption is feasible for CNTs and defective BNNTs and requires binding energies of -3.00 and -1.44 kcal mol-1 per adsorbed CH4 molecule, respectively. Our first-principles findings indicate that BNNTs might be an unsuitable material for natural gas storage.