石墨烯吸附甲烷的原子级机制及影响分析

本文主要探讨了煤炭表面吸附甲烷的微观机理，采用第一性原理方法进行深入研究。首先，作者通过简化煤炭表面的分子模型，利用Materials Studio软件构建了煤炭表面吸附甲烷的数值模型。接着，利用VASP软件这一第一性原理计算工具，对石墨烯在松弛和非松弛状态下的吸附行为进行了详细分析，包括计算了石墨烯与甲烷分子的电荷密度以及吸附能。 研究发现，石墨烯在吸附甲烷过程中，优先选择在C原子的顶位进行吸附。这个顶位吸附不仅影响了石墨烯的结构，还显著改变了其电子性质。吸附甲烷之后，石墨烯的导电性能发生显著变化，从导体转变为半导体或者绝缘体，这揭示了吸附过程中的电子结构调控效应。 此外，文中指出，通过分析吸附后的密度-of-states (DOS) 图谱，可以预测吸附能的高低，这是因为能隙宽度反映了系统能量的分布和稳定性。随着吸附甲烷浓度的增加，系统的吸附能呈现递减趋势，这意味着吸附过程的热力学稳定性也随之减弱。 这项研究不仅提供了煤炭表面吸附甲烷的微观机制理解，而且对于优化煤炭气化过程、提升煤炭安全利用等方面具有重要的理论指导意义。它展示了第一性原理方法在理解和控制复杂材料吸附行为中的强大应用价值，对于推进能源领域的科研工作和技术开发具有积极的影响。关键词如"第一性原理"、"VASP软件"、"顶位吸附"、"间隙位吸附"和"吸附能"，都是本文讨论的核心内容。