高密度储氢材料设计与储氢机制研究.pdf

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5、icsandOptoelectronicsProgramCondensedMatterPhysicsSpecializationComputationalPhysicsDegreeDoctorofPhilosophyUniversityXiangtanUniversityDateMay11th，2016湘潭大学博士毕业论文3湘潭大学博士毕业论文摘要氢能因其燃烧热值高、储量丰富、无毒无污染，是21世纪最有希望替代化石燃料的绿色可持续发展能源之一。然而氢能的存储问题是制约氢能经济化的关键，因此寻找一种安全、高效、价廉的储氢材料对于发展氢能经济异

6、常重要。气态储氢需要极其耐高压的钢瓶，且其质量密度和体积密度较低，而液态储氢需要低温条件，能耗非常高，成本高，这两种储氢方式并不适合广泛应用于氢能的储存。固态储氢具有安全、能量密度高、成本相对经济的优点，是良好的储氢方式，而低维纳米材料是固态储氢材料中的佼佼者。纯净低维纳米材料与氢分子的作用较弱，吸附能一般低于0.1eV，通过物理作用来完成吸附，普遍存在储氢量低、储存过程需要低温的缺点。采用金属原子特别是过渡金属原子修饰是改善和提高低维纳米材料储氢性能的好方法。在金属原子修饰的低维纳米材料中，金属原子扮演着吸附氢分子的角色，材料的储氢性能往

7、往取决于金属原子的储氢能力，而低维纳米材料起到分散金属原子的作用，需要具有质量轻、孔洞多、比表面积大等特点，同时还需要与金属原子的吸附作用强，避免金属原子因团聚而导致材料的储氢量下降。然而金属原子修饰的低维纳米结构储氢材料的研究还存在几个未解决的问题：金属原子自身的储氢性能和储氢机制还不清晰，衬底材料对金属原子储氢的影响还不明确，同时设计高密度储氢材料的思路还不明朗。基于此，本文从实际出发，主要研究内容如下：3一、采用基于密度泛函理论的Dmol软件包，研究了金属原子的储氢能力和储氢机制。研究发现单个碱金属原子和碱土金属原子并不具备吸附氢分子

8、的能力，当摆放一对氢分子在金属原子的附近，结构充分驰豫后，氢分子逃离金属原子，距离达到4Å以上。而对于过渡金属原子则相反，部分过渡金属原子如Sc、Ti、V、Fe、Y、Zr、Nb、