具有边缘传递网的稀土MOFs(RE-shp-MOF-1,RE-alb-MOF-1)储氢性能模拟研究

应用巨正则蒙特卡洛方法,模拟氢气在RE-shp-MOF-1,RE-alb-MOF-1两类六种金属有机骨架材料中的吸附行为;运用非定域密度泛函理论(Non Local Density Functional Theory)模型,分析了两类金属有机骨架材料的孔径分布.结果表明:在温度为77 K,压强为1000 kPa的条件下,RE-shp-MOF-1和RE-alb-MOF-1均表现出良好的储氢性能,质量储氢密度达到美国能源部氢能源发展路线图的计划目标;由于显著的孔径差异,它们的吸附等温线会出现两个吸附平台;而RE-shp-MOF-1因为拥有更多10～20?孔径的孔,更大的比表面积和孔容,表现出更好的储氢性能,适合作为理想的储氢材料.     

AFS和AST 沸石储氢特性的计算机模拟研究

储氢特性的模拟可以加深对现有储氢系统的认识,促进新材料的设计,并预测新材料的性能;模拟可以提供定量数据,作为一些困难及昂贵实验的替代选择。采用巨正则蒙特卡罗方法模拟了氢气在沸石中的吸附行为,并采用SF微孔分析方法,分析了沸石结构对储氢量大小的影响,总结了影响储氢量大小的物理因素。     

金属有机骨架材料MIL-101的合成及CO吸附性能

采用水热法合成金属有机骨架材料MIL-101,并利用X线衍射(XRD)、低温N2吸附等测试手段对合成的材料进行表征。结果表明:制备的MIL-101的BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积达到3 142 m2/g,孔容为1.78cm3/g。根据77 K下N2吸附等温线数据,采用巨正则蒙特卡洛法分析MIL-101的孔径分布,其分析结果与文献所报道的数据吻合。考察了CO、N2混合体系在MIL-101上的吸附性能,实验结果表明:MIL-101结构中不饱和金属Cr3+提供的活性位能从混合气体中高效吸附分离CO,而且对CO的吸附容量达到45.0 cm3/g(298 K,0.1 MPa),对CO的吸附容量约是NA吸附剂的2倍。     

功能化金属有机骨架材料中CO2/N2吸附分离的理论研究

金属有机骨架材料作为高比表面积、高孔隙率以及孔径尺寸可调的多孔材料,是一种极具潜力的CO₂物理吸附剂。本文构建了-H、-F、-Cl、-NH2官能团功能化修饰的金属有机骨架kgm-1结构,通过巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了不同压强下功能化修饰的金属有机骨架中CO₂/N2吸附与分离行为,结果发现:CO₂和N₂的吸附量随着压强的升高而增加,功能化修饰对CO₂吸附量的影响明显大于对N2吸附量的影响。在kgm-1-H、kgm-1-F、kgm-1-Cl、kgm-1-NH₂四种构型中,-F修饰可以显著提高kgm-1的CO₂吸附量,并提高CO₂/N2的选择吸附比;功能化修饰后的选择性顺序遵循kgm-1-F> kgm-1-H> kgm-1-Cl>kgm-1-NH₂。通过气体分子-骨架间的相互作用力分析发现,骨架材料吸附气体分子主要是依靠骨架-气体分子间范德华力,极性官能团的引入明显提高了气体分...     

SiLi5+团簇的结构及储氢性能理论研究

SiLi_5~+团簇由于具有高稳定特性,并且SiLi_5~+可以最多有效绑定15个氢分子,其理论质量储氢密度达到了32.3 wt%.在B3LYP理论水平上,氢分子与SiLi_5~+相互作用过程中的平均氢吸附能在1.36～2.62 kcal·mol~(-1)之间,从平均氢吸附能看,此系统满足可逆吸氢反应的热力学要求,可以作为理想储氢材料的候选物.     

稀土金属La吸附掺杂BN纳米管储氢性能的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土金属La吸附掺杂对单壁BN纳米管储氢性能的影响.通过分析计算结果得到,稀土金属La可以稳定吸附到BN纳米管上,每个La原子最多可以吸附六个氢气分子,系统的储氢量能达到4.50wt%,平均结合能为0.223eV.根据态密度图分析可知,由于La的5d、6s轨道与BN纳米管中B、N原子的2p轨道发生杂化,使得La原子与其周围的原子发生了电荷转移,带正电的La原子将会极化吸附在其周围的氢气分子,使得更多的氢气分子聚集在其周围.本文的研究对于实验上合成高性能的BN纳米管储氢材料具有一定的指导意义.     

GeLi_6~(2+)团簇的结构及储氢性能研究

利用密度泛函B3LYP理论在6-311+G(d,p)基组水平上研究四价锗负离子经过6个一价锂正离子修饰后的结构和电子特征,并计算了H2分子在其表面的吸附行为,进而研究其储氢性能。结果表明,由6个Li离子修饰锗离子形成GeLi_6~(2+)团簇结构具有较高的动力学稳定性。GeLi_6~(2+)团簇表面最多能够有效吸附18个氢分子,其质量密度为24.10wt%。H2分子与GeLi_6~(2+)团簇的相互作用能量范围为2.14～4.004k Cal.mol-1。储氢性能研究表明GeLi_6~(2+)团簇在储氢领域有望具有良好的应用前景。     

GeLi62+团簇的结构及储氢性能研究

利用密度泛函B3LYP理论在6-311+G(d,p)基组水平上研究四价锗负离子经过6个一价锂正离子修饰后的结构和电子特征,并计算了H2分子在其表面的吸附行为,进而研究其储氢性能。结果表明,由6个Li离子修饰锗离子形成GeLi_6~(2+)团簇结构具有较高的动力学稳定性。GeLi_6~(2+)团簇表面最多能够有效吸附18个氢分子,其质量密度为24.10wt%。H2分子与GeLi_6~(2+)团簇的相互作用能量范围为2.14～4.004k Cal.mol-1。储氢性能研究表明GeLi_6~(2+)团簇在储氢领域有望具有良好的应用前景。     

Li3O+超碱团簇的结构及储氢性能的理论研究

采用杂化密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311++G (d, p)基组水平上对Li₃O ^{0, +}超碱团簇的几何结构和稳定性进行理论计算,并研究了Li₃O⁺团簇的储氢性能。结果表明,Li₃O⁺团簇结构相比中性Li₃O团簇结构的动力学稳定性要高。氢分子在Li₃O⁺团簇表面能以介于物理吸附与化学吸附之间的形式吸附,每个Li原子最多可以有效吸附三个H₂,储氢质量分数可达33.01 wt%。H₂分子在Li₃O⁺团簇表面的平均吸附能范围为1.959~3.591 kCal/mol,该吸附能满足在近室温条件下可逆吸放氢反应的热力学要求。     

Li原子修饰一维六角硼烯链团簇的结构及储氢性能研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究Li原子修饰一维六角硼烯链团簇的结构及其储氢性能。结果表明,氢分子能在Li原子修饰一维六角硼烯链团簇表面吸附,每个Li原子周围可以有效吸附两个H2,几何结构和电子性质的稳定性及合适的吸氢条件表明Li原子修饰一维六角硼烯链团簇材料在常温常压条件下可以作为有效储氢媒介。     

硬壁狭缝中流体密度分布的密度泛函理论

采用密度泛函展开理论对位于两硬壁之间的硬球流体有Lennard-Jones（J－J）流体密度分布进行了研究,并与计算机模拟结果进行了比较。对于硬球流体,理论值与模拟值相吻合,只有密度较高时在壁面附近略有差别;而对于L－J流体,当T^*很高时,理论计算和模拟的吻合程度接近于硬球流体,而当T^*偏代时,理论计算与模拟有较大差别。     

氢在碳纳米管中的存储与分布

采用巨正则蒙特卡罗方法对碳纳米管的储氢过程做了模拟,通过对锯齿管中大量氢气分子的研究,得到了氢在纳米管中的轴向和径向分布,并做了初步分析.     

含磷有机大分子的电荷分布

以密度泛函理论和电负性均衡原理为基础,在原子－键电负性均衡方法的σπ模型中,利用最小二乘法,并结合自编程序,拟合确定了碳、氮、氧、氢以及磷等各种类型原子及相关化学键区域的参数;利用上述参数计算了一些含磷有机分子的电荷分布,并进行了讨论。     

CDFT的两种改进算法表征活性炭孔径分布的比较

为了提高经典密度泛函理论CDFT（classical density functional theory）在预测活性炭孔径分布时的准确性,比较了两种基于活性炭孔壁表面粗糙度影响的CDFT改进算法。结合狭缝孔壁上相同的碳原子密度分布,分别利用平滑密度近似（SDA）和基本测量理论（FMT）求解二元流体混合态的过剩自由能展开项,并预测氩气在非石墨化炭黑BP280上的吸附平衡。根据87.3 K下活性炭吸附氩气等温线,确定不同孔径的理论等温线核后,利用优化函数计算活性炭孔径在0.35～12 nm的分布。结果表明,MNLDFT算法预测孔径分布具有连续分布性,活性炭的比表面积为1252.63 m²/g; QSDFT算法测定的PSD（pore size distribution）在1 nm处具有断点,测定的活性炭比表面积为1431.64 m²/g,这一结果与通过BET方法确定的比表面积1445 m²/g接近。运用QSDFT来表征活性炭孔径分布更合理。     

笼型Li6Si5团簇的结构和储氢性能研究

利用密度泛函M06方法,在6-311+G(d, p)基组水平上对Si_5和Li修饰的Si_5团簇的几何结构和电子性质及储氢性能进行理论计算研究.结果表明, Si_5团簇最低能量构型为笼型结构,纯Si_5团簇不能有效吸附氢分子. Li原子的引入显著改善了Si_5团簇的储氢能力.以六个Li原子穴位修饰Si_5团簇为载体,每个Li原子周围可以有效吸附三个氢分子,其氢分子的平均吸附能为2.395 kcal/mol,储氢密度可达16.617 wt%.合适的吸附能和较高储氢密度表明Li修饰Si_5团簇有望成为理想的储氢材料.     

CNa42+团簇的结构及其储氢性能研究

氢是一种理想的二次能源,它将成为化石燃料最有希望的替代能源之一,也是亟待开发的重要能源。而氢能的储存成本高,危险性大是急需解决的问题。理论上预测CNa_4~(2+)的储氢性能,通过理论分析,发现了每个CNa_4~(2+)团簇最多可与16个H2分子有效结合,获得23.5%的质量储氢密度。在B3LYP理论水平上,H2分子与CNa_4~(2+)团簇的平均相互作用能在2.107～4.948Kcal/mol之间。由于CNa_4~(2+)的质量储氢密度在7.1～23.7wt%之间,符合美国能源部的要求目标(5.5 wt%)。研究结果表明,CNa_4~(2+)在一定环境条件下可逆吸放氢性能良好,可作为潜在的理想高容量储氢材料。