碳納米材料由于具有比表面積大、吸附動力學(xué)性能良好和可逆儲氫等特點而廣泛應(yīng)用于固態(tài)儲氫。多孔石墨稀是在實驗上得以成功制備的少數(shù)二維碳材料之一,其表面有很多均勻分布的納米孔,具有更高的比表面積,從而保證了高效的儲氫。Sc是相對原子質(zhì)量最輕的過渡金屬原子,Sc原子修飾多孔石墨烯可能存在更大的儲氫量。但是國內(nèi)外關(guān)于Sc原子修飾多孔石墨烯的研究甚少,其吸附機(jī)理以及儲氫量尚不明晰。本文運(yùn)用密度泛函理論的廣義梯度近似,對過渡金屬元素Sc修飾多孔石墨烯（PG）的幾何結(jié)構(gòu)、吸附機(jī)理和儲氫性能進(jìn)行研究。通過對Sc修飾多孔石墨烯體系儲氫性能的研究發(fā)現(xiàn):單個Sc原子最穩(wěn)定的吸附位置是碳環(huán)中心,周圍最多可吸附4個H₂分子,平均吸附能為-0.429 eV/H₂。通過在體系的另一側(cè)添加第二個Sc原子,可以有效提高體系的儲氫能力。兩個Sc原子位于多孔石墨烯異側(cè)相鄰碳環(huán)中心孔位時,儲氫量可達(dá)9.09 wt.%,平均吸附能為-0.296 eV/H₂,這是Sc-PG體系最適合儲氫的結(jié)構(gòu)。H₂分子在Sc修飾PG體系的吸附主要是H,Sc,C... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：46 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究意義及研究現(xiàn)狀
        1.1.1 氫氣的存儲方式
        1.1.2 納米多孔材料儲氫
            1.1.2.1 石墨烯儲氫
            1.1.2.2 多孔石墨烯儲氫
    1.2 研究內(nèi)容
第2章 密度泛函理論簡介
    2.1 從頭算法
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Thomas-Fermi-Dirac模型
        2.2.2 Hohenberg-kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交換關(guān)聯(lián)泛函
            2.2.4.1 局域密度近似(LDA)
            2.2.4.2 廣義梯度近似(GGA)
            2.2.4.3 范德華密度泛函方法(vdW-DFT)
    2.3 計算參數(shù)與模型
第3章 Sc修飾PG的儲氫性能
    3.1 單個Sc原子修飾PG體系
        3.1.1 單個Sc原子修飾PG的吸附結(jié)構(gòu)
        3.1.2 H_2在單個Sc原子修飾PG上的吸附
    3.2 兩個Sc原子修飾PG體系
        3.2.1 兩個Sc原子修飾PG的吸附結(jié)構(gòu)
        3.2.2 兩個Sc原子修飾PG體系的儲氫量
    3.3 本章小結(jié)
第4章 Sc修飾B摻雜PG的儲氫性能
    4.1 單個B原子摻雜穩(wěn)定位置
    4.2 單個Sc原子修飾B-PG體系
        4.2.1 單個Sc原子修飾B-PG的吸附結(jié)構(gòu)
        4.2.2 H_2在單個Sc原子修飾B-PG上的吸附
    4.3 兩個Sc原子修飾B-PG體系
        4.3.1 兩個Sc原子修飾B-PG的吸附結(jié)構(gòu)
        4.3.2 兩個Sc原子修飾B-PG體系的儲氫量
    4.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    本文總結(jié)
    研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號：3203719