碳纳米颗粒诱导产生活性氧物种的密度泛函理论研究

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1、ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士奪位论文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ碳纳米颗粒诱导产生活性氧物种的密度泛函理论研究学科专业作者姓名差典填指导教师—＿—６答辩日期—＿？？１？＿竺——及————硕士学位论文碳纳米颗粒诱导产生活性氧物种的密度泛函理论研究ＲｅａｃｔｉｖｅＯｘｙｇｅｎＳｐｅｃｉｅｓＩｎｄｕｃｅｄｂｙＣａｒｂｏｎＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ：ａＤｅｎｓｉｔｙｃｔｉｏｎａｌＴｈｅｏｒＳｔｕｄＦｕｎｙｙ作者姓名：ｍｍｍ

2、学科、专业：环境工程学号：２１２１８０６９指导教师：李雪花完成日期：大ｉ理工大含ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中巳经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他巳申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学

3、位论文题目：Ａ濟伽时於东ｆ如舟企叫／ｒ作者签名日期：年ｉ）月：日幕辟大连理工大学硕士学位论文摘要碳纳米颗粒与氧分子相互作用，诱导生成活性氧物种（ＲＯＳ），引发氧化应激效应，是碳纳米颗粒的主要毒性机制。研究碳纳米颗粒与氧分子的相互作用机制，以及诱导产生ＲＯＳ的反应路径和影响因素，对碳纳米材料的毒性效应评价具有重要意义。本研究基于密度泛函理论（ＤＦＴ）模拟氧分子在典型碳纳米颗粒（富勒烯、碳纳米管和石墨烯的吸附作用，计算了吸附参数和电子分布）。根据碳纳米颗粒的前线轨道分布分析其诱导ＲＯＳ－－ＣＯＯＨ和－的反应途径，考察了官能团０Ｈ

4、、ＮＨ２的表面修饰对碳纳米（）颗粒诱导产生ＲＯＳ反应途径的影响。结果表明：１水溶剂中氧分子在（）３种碳纳米颗粒表面吸附的最稳定吸附构型均为六元环中心，ＡＧ＜Ａ／／＜。平行吸附吸附是自发、放热过程００碳纳米颗粒对氧分子的吸附能为６．８０（，）￣９．９２ｋｃａ／ｌｌｍｏ，且碳纳米颗粒的曲率和表面电荷分布影响与氧分子的相互作用，吸附作用力大小顺序为石墨烯＞富勒烯＞碳纳米管。其中，富勒烯与氧分子之间有部分电荷０１．２ｅ转移，容易发生电子传递反应。（）Ｉ２－ＬＵＭＯ０根据ＨＯＭＯ五Ｏ．９７ｅＶ能隙大小ａ大于２激发能，判断光照下富勒烯

5、（）（ｇｐ）ｉ１和碳纳米管可通过光致能量转移过程诱导生成Ｃｂ，而石墨烯不能诱导产生０２。富勒烯、？碳纳米管和石墨烯的最低非占据轨道能ｆ－４ｕ均大于０２生成势．３ｅＶ，表明３种碳（ｊＭＯ）（）纳米颗粒均可通过光致电子转移反应诱导生成０广。无光照的情况下，基于单电子占据分子轨道能大小（￡ｓｏｍｏ）判断了富勒插、石墨摇和（８，０）半导体型碳纳米管不能够从供电子＿体ＮＡＤＨ获得电子进而诱导生成．０Ｈ和０２，而（９０６６金属型碳纳米管能够通过电，）和（，）＇－？０Ｈ但不能生成０子转移诱导产生２。３考察了－０Ｈ、－ＣＯＯＨ和－ＮＨ面修饰对碳纳米颗粒诱

6、导产生ＲＯＳ的影响（）２的表，发现１３种官能团并没有显著改变光致诱导产生０２的能力，且官能团修饰对碳纳米颗粒ｍ￡ｕｊＭｏ影响并不显著，表面修饰后的富勒烯、碳纳米管和石墨摇仍能通过光致电子转‘移诱导产生＿０２。计算碳纳米颗粒的硬度表征电子转移反应活性，发现官能团的表面修饰使富勒烯更易光致诱导产生—０广，而降低了石墨烯和（６，６）型碳纳米管光致诱导产生０２的反应活性。此外，３种官能团修饰使富勒烯和半导体型碳纳米管的￡ｓｏｍｏ增加，导致它在无光照条件下可作为电子传递的媒介诱导０广和．ＯＨ生成。其原因是表面修饰后富勒烯和半导体型碳纳米管亲电指数变

7、大，获取电子的结构稳定性增加。关键词：礙纳米颗粒；吸附氧分子；活性氧物种（ＲＯＳ）；反应途径；表面官能团－－１碳纳米颗粒诱导产生活性氧物种的密度泛函理论研究ＲｅａｃｔｉｖｅＯｘｙｇｅｎＳｐｅｃｉｅｓＩｎｄｕｃｅｄｂｙＣａｒｂｏｎＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ：ａＤｅｎｓｉｔｙＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＴｈｅｏｒｙＳｔｕｄｙＡｂｓｔｒａｃｔＣａｒｂｏｎｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ（ＣＮＰｓ）ｉｎｔｅｒａｃｔｗｉｔｈｏｘｙｇｅｎａｎｄｉｎｄｕｃｅｒｅａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓＲ