单壁氮化硼纳米管储氢的理论研究

采用蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的储氢,重点研究了单壁氮化硼纳米管的管径、管长和手性以及压强对其物理吸附储氢的影响.与单壁碳纳米管的物理吸附储氢相比较,氮化硼纳米管的储氢性能明显优于碳纳米管.计算结果显示,在常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到美国能源部提出的商业标准.     

热处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

文章采用容量法测量在常温下压力升高到10 MPa时,多壁碳纳米管的吸附储氢性能,分析了热处理对碳纳米管的结构和吸附储氢量的影响。采用透射电镜(TEM)、激光拉曼光谱(Raman)和低温N2吸附(BET)对碳纳米管的微观结构进行表征。结果发现,热处理能明显地提高碳纳米管的石墨化程度,热处理后碳纳米管的质量储氢容量从原来的1.90%升高到2.17%。     

单壁空位缺陷碳纳米管稳定性的分子动力学

采用分子动力学模拟研究了单壁空位缺陷碳纳米管的结构稳定性,结果表明,当空位缺陷低至6.25%时,碳纳米管比较稳定;当空位缺陷在6.25%~12.50%范围内,碳纳米管不稳定,出现局部熔化的现象;而空位缺陷大于16.67%时,碳纳米管会破裂蒸发而不再存在。研究还表明,碳纳米管中的空位缺陷对其结构有着极大的影响,而且少量的空位缺陷(10%左右)就可以使碳纳米管发生形变扭曲。在低于3 500 K时,空位缺陷对碳纳米管结构稳定性影响的主要因素是缺陷的多少,随着温度的变化并不显著。     

单壁碳纳米管储氢分子动力学模拟研究

选用C(10×10)扶手椅型单壁纳米管,采用分子动力学方法模拟研究了在温度100K,初始入射动能在10,30,50,80,100eV几种情况下氢原子在单壁碳纳米管中的运动,并分析了单壁碳纳米管储氢情况,得到初始能量为80eV时储氢效果较好.     

储氢合金／聚合物电极复合材料的研究

通过对模拟电池的负极电荷量测试，研究了烯土储氢合金／聚合物电极复合材料（ＭＨ／Ｐ）的性能。发现聚合物种类、储氢合金粉粒度、复合材料制备工艺条件等因素对ＭＨ／Ｐ的性能有显著影响。实验结果表明，在所选几类聚合物中，以ＭＨ／ＰＶＨ体系的充放电性能最好。用作模拟电池负极时，其电极电荷量高达２７５ｍＡ·ｈ／ｇ，而且电流强度由１Ｃ增加到２Ｃ时，电荷量损失仅为３．６％     

基于分子动力学的碳纳米管屈曲性能的研究

本文利用LAMMPS软件研究了扶手椅型单壁碳纳米管受轴向载荷压缩时的屈曲性能.通过对比分析完美碳纳米管与含S-W缺陷碳纳米管在受压时的力学性能,揭示出不同温度和S-W缺陷的不同分布方式对碳纳米管屈曲性能的影响规律.研究结果表明:碳纳米管的屈曲性能随着温度的升高而明显变差,这种影响在低温区尤为显著,碳纳米管的弹性模量受温度的影响很小;相同缺陷个数下,周向分布的S-W缺陷比轴向分布的S-W缺陷对碳纳米管屈曲性能的影响要大;在轴向方向上,均匀分布、集中分布和非均匀分布的S-W缺陷对碳纳米管的力学性能产生的影响类似,在周向方向上,集中分布对碳纳米管力学性能的影响比均匀分布的要大.     

单壁碳纳米管的拉伸变形和结构相关性

利用分子动力学方法研究了单壁碳纳米管拉伸变形行为，发现（8，8）～（22，22）单臂型碳纳米管和（9，0）～（29，0）锯齿型碳纳米管能在拉伸应变分别达到35％～38％和20％～27％的情况下仍处于弹性变形阶段，并从能量的角度解释了这一现象．分析了单壁碳纳米管管径和结构螺旋性对碳纳米管力学性质的影响．结果表明，碳纳米管的微观结构特征对其基本力学性质有着重要的影响．碳纳米管的杨氏模量在750-960GPa之间，并随着其半径的增加而减少；微观结构的影响使得锯齿形碳纳米管的模量高于单臂型碳纳米管．模拟结果显示，碳纳米管在拉伸过程中的结构变化特征不同于连续介质力学所描述的弹塑性断裂或脆性断裂．     

双壁碳纳米管夹层中稳定碘链、溴链螺旋性的研究

利用经典范德瓦尔斯力场系统地研究了填充在双壁碳纳米管夹层中稳定碘链和溴链的螺旋性.分析了系统的相互作用(包括管壁-链相互作用和链-链相互作用)对其螺旋链的影响机理.结果表明:单螺旋链的螺旋性由于缺失链-链相互作用而不确定;双、三、四、五、六螺旋链的最佳螺旋角随螺旋半径和链指数的增加而减小;链-链之间的排斥和吸引相互作用分别诱导较小和诱导较大螺旋性的螺旋链,当螺旋半径相同时,溴链比碘链拥有更小的螺旋性.因此,稳定螺旋链的螺旋性主要取决于链-链之间的相互作用.     

碳纳米管的电化学储氢

用电化学方法使碳纳米管储氢,是把碳纳米管当作储氢负极,形成Ni MH电池·用碳纳米管与镍纳米粉做成负极试样,电解液采用KOH溶液·实验中,对Ni MH电池充放电的50个循环进行测试,通过测量电池的充放电容量和能量,来测量碳纳米管的储氢性能·测试过程由Arbin公司的BF 2043系列电池测试系统控制·实验表明,相对每克碳纳米管,当充电电流为120mA时,电池容量可达126 368mA·h·g-1,而且电池放电非常平稳,放电平台利用率高达97%·可见,碳纳米管是一种很有前途的储氢材料·本研究对利用碳纳米管制做储氢电池提供了实验依据·     

不同预处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

研究了经不同预处理后多壁碳纳米管的储氢性能.结果表明:多壁碳纳米管的吸附量在0～12 MPa范围内有一个极大值,极值点的压力和吸附量与样品的种类,处理方法等密切相关;不同量不同碱金属的掺杂对多壁碳纳米管吸附的影响稍有不同;加热活化对提高多壁碳纳米管的吸附量很有效,常温下,在将近9 MPa的平衡压力下,可以达到4.48%...     

MNi4.8Sn0.2（M=La, Nd）-supported multi-walled carbon nanotube composites as hydrogen storage materials

Two composites LaNi4.8Sn0.2/CNTs and NdNi4.8Sn0.2/CNTs were prepared by an impregnation-reduction method. Their hydrogen storage capacity could reach up to 2.96 wt% and 2.88 wt% respectively at room temperature and 1.0 MPa pressure. These values, which might result from the synergetic effect between the alloy nanoparticles and the pretreated CNTs, were three times higher than those of the unsupported MNi4.8Sn0.2 (M=La, Nd) alloys under the same conditions. XRD and TEM revealed that the alloy particles were uniformly dispersed on the CNTs and the average particle size was ca. 30 nm. The composites also showed good stability and the hydrogen storage capacity decreased by less than 6% after 100 adsorption-desorption cycles. Moreover, no noticeable change in crystalline structure was observed for the composites.     

填充原子的碳纳米管屈曲性能

利用分子动力学方法对填充铜原子的单壁碳纳米管进行了轴向压缩模拟计算, 并探讨了填充原子位置对完美的及含缺陷的碳纳米管屈曲性能的影响. 研究结果表明, 填充原子的位置对完美的碳纳米管的屈曲临界应变没有影响, 但影响发生屈曲变形的位置; 对于含单原子缺陷的单壁碳纳米管, 缺陷与填充原子相对位置的不同会显著影响碳纳米管的屈曲性能.     

Li原子修饰缺陷蓝磷单层储氢性能的第一性原理研究

本文基于第一性原理计算,系统地研究了碱金属Li原子修饰缺陷蓝磷单层体系的储氢性能. 研究结果表明,双空位缺陷DV2的引入可以有效增强Li原子与蓝磷单层间的相互作用,能够有效阻止单层表面Li团簇的形成. 单个Li原子可以稳定吸附3个H2分子,H2分子平均吸附能为0.248 eV/H2. 电子结构分析表明,H2分子主要通过极化机制和轨道杂化作用吸附在Li修饰的缺陷蓝磷单层体系上. 此外,本文还研究了温度和压强对Li/DV2体系储氢性能的影响. 结果表明,在室温和低压条件下,H2分子可以稳定吸附在Li/DV2体系表面,从而实现室温条件下的可逆储氢.     

Highly controlled acetylene accommodation in a metal-organic microporous material

Metal-organic microporous materials (MOMs) have attracted wide scientific attention owing to their unusual structure and properties, as well as commercial interest due to their potential applications in storage, separation and heterogeneous catalysis. One of the advantages of MOMs compared to other microporous materials, such as activated carbons, is their ability to exhibit a variety of pore surface properties such as hydrophilicity and chirality, as a result of the controlled incorporation of organic functional groups into the pore walls. This capability means that the pore surfaces of MOMs could be designed to adsorb specific molecules; but few design strategies for the adsorption of small molecules have been established so far. Here we report high levels of selective sorption of acetylene molecules as compared to a very similar molecule, carbon dioxide, onto the functionalized surface of a MOM. The acetylene molecules are held at a periodic distance from one another by hydrogen bonding between two non-coordinated oxygen atoms in the nanoscale pore wall of the MOM and the two hydrogen atoms of the acetylene molecule. This permits the stable storage of acetylene at a density 200 times the safe compression limit of free acetylene at room temperature.     

蓄冰柜在密闭空间中的降温除湿性能分析

为保证密闭空间内环境的温湿度在人员可接受的范围内,参照矿用救生舱降温除湿技术,基于fluent数值模拟与理论计算,研制了一种新型蓄冰柜降温除湿装置。该装置采用模块化设计,可以根据负荷的变化调整蓄冰模块的数量,电力中断情况下可取出蓄冰模块进行自然对流降温除湿,融化后的水可以供人员饮用。通过实验,得到了蓄冰柜在强制对流工况下的降温除湿特性及其保温性能,结果表明:相同环境温湿度条件下,入口风量越大,总降温除湿量越大,但出风温度升高,相对湿度降低,单位质量空气降温除湿效果下降;进风量相同条件下,环境温湿度越高,单位质量空气降温除湿效果越明显;总传热量与进风量近似成正比例关系,而且环境温湿度越高,比例系数越大;在进风量大于420m3/h的工况下,蓄冰柜降温除湿量可以满足容纳15人的应急密闭空间形成的冷负荷。     

单层石墨烯储氢的蒙特卡罗模拟

用正则系综蒙特卡罗(GCMC)方法,在77～473K温度和0.1～10MPa压强下,对石墨烯上吸附氢分子进行模拟计算.结果表明:低温及高压条件有利于储氢.在10MPa压强下,随着温度增加,等量吸附热先减少后增加.当温度在291K时,等量吸附热值最低.     

碳纳米管阵列储氢的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了常温和不同压强下,氢在不同管径和管间距的单壁碳纳米管阵列(SWCNTA—S ingle-walled Carbon Nanotube Arrays)中的物理吸附过程.重点研究了压强、管径和管间距对SWCNTA(管内和管间隙)物理吸附储氢的影响.发现氢分子主要储存在SWCNTA的管壁附近,适当地增大管径和管间距可有效增加SWCNTA的物理吸附储氢量,使其在常温下具有较高的储氢能力,并给出了相应的理论解释.计算结果表明,在常温和中等压强下,SWCNTA的物理吸附总储氢量(重量百分比)可达4.2%,从而为同等条件下SWCNTA具有较高储氢能力的实验结果提供了直接的理论支持.     

Effect of CeH_(2.29) on the microstructures and hydrogen properties of LiBH_4-Mg_2NiH_4 composites

A composite of LiBH4-Mg2NiH4 doped with 10wt% CeH2.29 was prepared by ball milling followed by dynamic interspace vacuum treatment at 573 K. The introduction of CeH2.29 caused a transformation in the morphology of Mg from complex spongy and lamellar to uniformly spongy, resulting in refined particle size and abundant H diffusion pathways. This LiBH4-Mg2NiH4 + 10wt% CeH2.29 composite exhibited excellent hydrogen storage properties. The starting temperature of rapid H absorption decreased to 375 K in the doped composite from 452 K for the unmodified material, and the onset decomposition temperature of its hydride was reduced from 536 K to 517 K. In addition, the time required for a hydrogen release of 1.5wt%(at 598 K) was 87s less than that of the un-doped composite.