金屬釔修飾硼富勒烯儲氫性能的第一性原理研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展和人們對能源需求的不斷增加，傳統(tǒng)能源也面臨著枯竭等難題。從可持續(xù)發(fā)展角度來看，人們亟需開發(fā)一種新型可再生的清潔能源來替代傳統(tǒng)能源。氫能作為一種來源豐富、無污染的可再生能源，目前受到廣泛的關(guān)注和研究。利用氫能首先面對的就是氫氣的存儲問題，這是氫能開發(fā)利用的瓶頸。傳統(tǒng)儲氫技術(shù)不僅成本高、安全性能低，而且儲氫率也不能滿足實際的需求。近十幾年來，納米材料具有獨特的納米尺寸效應(yīng)和性能，被認(rèn)為是極具潛力的儲氫材料。本論文主要討論在吸附

2、過渡金屬后，富勒烯對氫氣的存儲情況。主要內(nèi)容如下:
　　(1)富勒烯對過渡金屬的吸附。我們研究了單個金屬Y原子在硼富勒烯(B80)表面上可能的吸附位，包括硼環(huán)的正上方和B-B鍵的正上方。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金屬Y原子更容易穩(wěn)定吸附在硼五元環(huán)的正上方。同時，我們還選取了碳富勒烯(C70)作為吸附基底，研究了過渡金屬Sc原子在C70富勒烯表面可能的吸附位。通過吸附位置、吸附能、鍵長等參數(shù)的比較，選取了最穩(wěn)定的吸附位置，為接下來氫氣的吸附做好

3、基礎(chǔ)。
　　(2)吸附過渡金屬對富勒烯儲氫的影響。采用密度泛函理論，模擬計算了吸附單個過渡金屬后納米材料體系的儲氫性能，結(jié)果表明吸附金屬原子后，富勒烯儲氫性能有了很大的提高。在B80Y體系中，每個Y原子最多可以吸附六個氫分子，平均吸附能為-0.55eV，這個能量值在常溫下對氫分子的吸附脫附都非常有利。當(dāng)在B80富勒烯表面所有五元環(huán)上均吸附Y(jié)原子后，體系的儲氫率可達(dá)6.85wt％。與B80富勒烯吸附情況相比較，C70Sc體系中金屬原

4、子最多可以吸附四個氫分子，當(dāng)在C70富勒烯表面可能吸附位均吸附上金屬Sc原子后，體系理論儲氫率可達(dá)6.50wt％，但模擬結(jié)果顯示有部分氫分子游離于體系外，并沒有與金屬原子成鍵。
　　(3)吸附機理探究。進一步探究修飾過渡金屬后納米材料儲氫率大幅度提高的原因，并分析了相應(yīng)體系的差分電荷密度圖和投影態(tài)密度圖。通過比較分析可知，在氫氣的吸附過程中，過渡金屬扮演著“橋梁”的作用，即氫分子被吸附后，首先將成鍵軌道中的電子轉(zhuǎn)移到了金屬的d軌道