發(fā)布時(shí)間：2018-05-15 13:10

  本文選題：第一性原理 + 儲(chǔ)氫��； 參考：《中國(guó)海洋大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)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(duì)的就是氫氣的存儲(chǔ)問題,這是氫能開發(fā)利用的瓶頸。傳統(tǒng)儲(chǔ)氫技術(shù)不僅成本高、安全性能低,而且儲(chǔ)氫率也不能滿足實(shí)際的需求。近十幾年來,納米材料具有獨(dú)特的納米尺寸效應(yīng)和性能,被認(rèn)為是極具潛力的儲(chǔ)氫材料。本論文主要討論在吸附過渡金屬后,富勒烯對(duì)氫氣的存儲(chǔ)情況。主要內(nèi)容如下：(1)富勒烯對(duì)過渡金屬的吸附。我們研究了單個(gè)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(jì)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(shí),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(zhǎng)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基礎(chǔ)。(2)吸附過渡金屬對(duì)富勒烯儲(chǔ)氫的影響。采用密度泛函理論,模擬計(jì)算了吸附單個(gè)過渡金屬后納米材料體系的儲(chǔ)氫性能,結(jié)果表明吸附金屬原子后,富勒烯儲(chǔ)氫性能有了很大的提高。在BsoY體系中,每個(gè)Y原子最多可以吸附六個(gè)氫分子,平均吸附能為-0.55eV,這個(gè)能量值在常溫下對(duì)氫分子的吸附脫附都非常有利。當(dāng)在B8o富勒烯表面所有五元環(huán)上均吸附Y(jié)原子后,體系的儲(chǔ)氫率可達(dá)6.85wt%。與Bso富勒烯吸附情況相比較,C70Sc體系中金屬原子最多可以吸附四個(gè)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(chǔ)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(jī)理探究。進(jìn)一步探究修飾過渡金屬后納米材料儲(chǔ)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軌道上,填充滿的d軌道會(huì)反過來將部分電子反饋給氫分子的反鍵軌道,也就是所謂的"Dewar-Chatt-Duncanson"作用。此時(shí),金屬原子在電子轉(zhuǎn)移過程中形成的極化電場(chǎng)也對(duì)氫分子的吸附起到促進(jìn)作用。
[Abstract]:With the development of industry and the increasing demand for energy, traditional energy is also faced with problems such as exhaustion. From the perspective of sustainable development, people urgently need to develop a new renewable clean energy to replace traditional energy. Hydrogen energy, as a kind of renewable energy with abundant sources and no pollution, has received extensive attention and research. Hydrogen energy is first used in hydrogen storage, which is the bottleneck of hydrogen energy development and utilization. Traditional hydrogen storage technology not only has high cost and low safety performance, but also can not meet the actual demand. In recent years, nanomaterials have been considered as potential hydrogen storage materials because of their unique nanometer size effect and properties. This paper mainly discusses the hydrogen storage of fullerene after adsorption of transition metal. The main contents are as follows: 1) adsorption of transition metals by fullerene. We have studied the possible adsorption sites of a single metal Y atom on the surface of boron fullerene (B80), including the positive surface of the boron ring and the positive top of the B-B bond. The calculated results show that the Y atom is more stable to adsorb on the straight top of the boron quaternary ring. At the same time, the possible adsorption sites of transition metal SC on the surface of C70 fullerenes were studied by using carbon fullerenes (C70) as the adsorption substrate. By comparing the adsorption site, adsorption energy, bond length and other parameters, the most stable adsorption sites were selected, and the effect of transition metal adsorption on the hydrogen storage of fullerenes was established for the subsequent hydrogen adsorption. The hydrogen storage properties of nanomaterials adsorbed on a single transition metal were simulated by using density functional theory. The results showed that the hydrogen storage performance of fullerenes was greatly improved after adsorption of metal atoms. In BsoY system, up to six hydrogen molecules can be adsorbed by each Y atom, with an average adsorption energy of -0.55 EV. This energy value is very favorable for the adsorption and desorption of hydrogen molecules at room temperature. When Y atoms are adsorbed on all five-member rings on the surface of B8o fullerene, the hydrogen storage rate of the system can reach 6.85 wt. Compared with the adsorption of Bso fullerenes, metal atoms can adsorb up to four hydrogen molecules in C _ (70) S _ (c) system. When the possible adsorption sites on the surface of C _ (70) fullerene are all adsorbed on metal SC atoms, The theoretical hydrogen storage rate of the system can reach 6.50 wts. but the simulation results show that some hydrogen molecules are dissociated outside the system without bonding with metal atoms. The reasons for the increase of hydrogen storage rate after modification of transition metal were investigated and the differential charge density and projected state density of the corresponding system were analyzed. Through comparison and analysis, it can be seen that transition metals play a "bridge" role in the hydrogen adsorption process, that is, after the hydrogen molecules are adsorbed, the electrons in the bonding orbitals are first transferred to the d orbitals of the metals. Filled d orbitals will in turn feed some electrons back to the antibonding orbitals of hydrogen molecules, known as "Dewar-Chatt-Duncanson". At this point, the polarized electric field formed by metal atoms during electron transfer also promotes the adsorption of hydrogen molecules.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB34;TQ116.2

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本文編號(hào)：1892601