一.碳纳米管概述 碳材料是自然界中和人类关系最为密切的材料之一,随着纳米科技的不断发展,具有纳米结构的功能碳材料的研究逐渐深入,已经出现了石墨烯、碳纳米管等性能优异的纳米碳材料。

纳米碳材料因其具有机械强度高、导热导电能力强等诸多优点以及环境友好特性,能够满足绿色化学和可持续性发展的要求,因而其在复合材料中的应用成为相关领域的研究热点[1]。

Iijima S[2]于 1991 年观察电弧蒸发的石墨产物的时候，发现了纳米级尺寸且呈中空结构的新型晶体碳[3]，它是由 2~50 层石墨层片组成，这就是近年来广泛研究的碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）。

2010 年，以”碳纳米材料的发展战略”为主题的第 370 次香山科学会议 的各位专家认为，碳纳米经过很多年的突破和积累处于大发展、大突破的前夜，呈现出了令人向往的广泛应用前景，在人类社会发展过程中呈现出不可替代的重要地位。

在碳纳米管中掺入金属/非金属便可以改变其对目标污染物的吸附性能，掺杂的原子和碳纳米管是一种典型层状中空结构，由石墨烯卷曲而形成的无缝的、纳米量级的管状结），在范德华力的作用下这种管状结构进一步组装形成两种不同的晶体结构(1)具有相同直径的碳纳米管在一起集结成束，称为单壁碳纳米（Single-walledcarbon nanotubes，SWCNTs）束；(2)具有不同直径的多个单壁碳纳米管以同一轴线套在一起从而形成一种多层的类似于同心圆的结构，其层间距约为 0.334 nm，称为多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）。

碳纳米管径向尺寸均很小，外径一般在几个到几十个纳米之间；内径更小，有些甚至只有 1 nm 左右；碳纳米管长度一般为微米量级，相比较其长度和直径比较大，其长径比可达，所以碳纳米管是典型的一维纳米材料；碳纳米管的管壁是 1个类石墨微晶的碳原子通过sp2 杂化与周围 3 个碳原子完全键合所形成六边形碳环结构，弯曲部位则由五边形或七边形碳环所构成[4]。

碳结构可以构成一个共同的潜在区域，继而影响碳纳米管的吸附行为。

目前学者已经开展了碳纳米管掺杂氮、铂、铯、铝和锂的吸附性能研究。

Zhou 等[5]采用密度泛函理论计算研究了单壁碳纳米管掺杂硼和氮对吸附氢的影响，结果表明掺杂后均降低了单壁碳纳米管吸附氢的能力，但这两种元素掺杂对氢吸附的影响是不相同的，硼的掺杂会形成一个缺电子的六元环结构，当吸收氢时会形成一个类似于硼-氢键的配位；但氮的掺杂会形成满电子的六元环结构，从而降低了掺氮单壁碳纳米管对氢原子的吸附能力。

Li 等[6]采用第一原理计算，研究了掺杂氮和硼的碳纳米管对铂吸附的原理。