金屬修飾的納米材料儲(chǔ)氫性能的第一性原理研究.pdf

1、氫與化石能源不同，是一種儲(chǔ)量豐富、清潔的、可循環(huán)的綠色能源。然而，實(shí)現(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)的一個(gè)主要障礙是缺少高效安全的儲(chǔ)氫方式。最近的研究表明碳基納米材料可以儲(chǔ)存分子形式的氫。但是，這些納米材料與氫分子結(jié)合較弱，在溫度很低的條件下就把氫氣釋放了。在本文中，利用第一性原理方法，研究了金屬修飾的納米材料和Li2O團(tuán)簇的儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明這些納米材料與氫分子的結(jié)合能適中，滿足常溫下可逆儲(chǔ)氫的需求。儲(chǔ)氫的質(zhì)量比達(dá)到了美國能源部的目標(biāo)，表明這些材料是極具潛

2、力的儲(chǔ)氫材料。
　　 第一章，介紹了儲(chǔ)氫材料的研究現(xiàn)狀，材料包括碳基納米材料、硼基納米材料和硼氮納米材料等。
　　 第二章，介紹了理論計(jì)算方法。
　　 第三章，研究了金屬修飾的納米材料的儲(chǔ)氫性能，包括Li和Ca共修飾的碳氮納米材料、Li修飾的硼單層結(jié)構(gòu)以及金屬修飾的BC2N單層結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明金屬原子與上述納米材料結(jié)合較強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生聚合現(xiàn)象。納米材料被金屬修飾以后可以使得氫分子的吸附能顯著增加。這些體系與氫分子的作

3、用主要來自于軌道耦合與極化作用，金屬修飾的這些納米材料儲(chǔ)存分子氫的質(zhì)量密度可達(dá)7.69～10.0 wt％，吸附能也比較合適。
　　 第四章，研究了Ca修飾的石墨炔納米管的儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明Ca可以穩(wěn)定的吸附在石墨炔納米管表面的乙炔鍵構(gòu)成的環(huán)的中心，沒有形成團(tuán)簇。極化原理和軌道耦合原理都對(duì)吸附氫有貢獻(xiàn)，吸附能在0.13～0.33 eV/H2之間，與納米管的半徑幾乎無關(guān)。由于位阻作用，每個(gè)Ca原子可以吸附4個(gè)H2分子。儲(chǔ)氫的質(zhì)量比在

4、7.44～8.96 wt％之間，表明Ca修飾的石墨炔納米管可以作為常溫下可逆儲(chǔ)氫的理想材料。
　　 第五章，研究了Li修飾的硼氮原子鏈的儲(chǔ)氫性能。H2分子與硼氮原子鏈之間的作用比較弱，不能在常溫下利用。用Li修飾原子鏈末端的N原子以后，儲(chǔ)氫的質(zhì)量密度和吸附能可以得到顯著提高。Li與硼氮原子鏈之間的結(jié)合能比Li晶體的內(nèi)聚能大，因此Li原子修飾硼氮原子鏈以后不會(huì)形成團(tuán)簇。在吸附氫中，范德瓦爾斯力起著重要的作用。在原子鏈末端的每個(gè)N原