本文關鍵詞：鈧、鈦、釩摻雜的共價有機骨架儲氫性能的理論研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為了使?jié)崈羟覠崮苄矢叩臍淠茉吹玫匠浞值乩?科研工作者們致力于研究和開發(fā)各種儲氫材料,其中骨架結(jié)構材料包括金屬有機骨架(MOF)和共價有機骨架(COF)以其比表面積大、孔隙率高、熱穩(wěn)定性好、晶體密度小等獨特的優(yōu)勢成為研究中的熱門,受到各界的矚目。因大量文獻中提到硼的取代和金屬的摻雜可能加強金屬與基底及金屬與氫氣之間的相互作用,我們并從中受到啟發(fā),設計了一種硼取代的二維的COF結(jié)構C_(24)B_6H_(18)。C_(24)B_6H_(18)位于六方晶胞中,以苯分子作為支點,將三個B_2C_4H_4單元連接在一起。金屬原子與苯分子之間的相互作用較弱,更易與B_2C_4H_4單元相結(jié)合,形成儲氫活性位點,故我們期望通過金屬修飾來增強此骨架結(jié)構的儲氫性能。首先使用高斯09程序計算Sc、Ti、V修飾C_4B_2H_6單元的儲氫能力并進行零點能校正和基組重疊誤差校正,研究它們與氫分子的結(jié)合能力,第一原理計算的結(jié)果顯示,Sc、Ti、V與H-_2是在Kubas作用下相互吸引的。在單元結(jié)構中每個Sc、V原子最多可吸附4個、3個氫分子,氫分子的平均吸附能為0.17e V/H_2、0.36e V/H_2。而對于Ti來說,C_4B_2H_6Ti_2:2n H_2(n=1,2,3)中都存在氫分子解離、氫以原子形式吸附到Ti上的情況,C_4B_2H_6Ti_2:4H_2、C_4B_2H_6Ti_2:6H_2所對應的氫分子的平均吸附能僅為0.04 e V、0.05 e V,同時從n=1到n=2的吸氫過程難以實現(xiàn),對應連續(xù)吸附能變化為-0.16 e V。故Sc、V修飾的C_4B_2H_6單元適合于儲氫。第二部分中將此結(jié)果應用于C_(24)B_6H_(18)骨架結(jié)構,采用MS的DMOL~3軟件包計算Sc、V摻雜C_(24)B_6H_(18)共價有機骨架的儲氫性能。骨架結(jié)構中每個Sc、V原子周圍最多可吸附4個、3個氫分子,相應儲氫比重為7.02 wt%、5.09 wt%。故總體上講,Sc、V摻雜的C_(24)B_6H_(18)共價有機骨架可作為潛在的儲氫材料,值得實驗上進一步進行合成探討。
【關鍵詞】：儲氫材料 骨架結(jié)構材料 第一原理計算 摻雜 團簇 二維的COF結(jié)構 結(jié)合能
【學位授予單位】：山西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-23
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.1.1 能源現(xiàn)狀9
• 1.1.2 氫能源簡介9-10
• 1.2 儲氫10-11
• 1.2.1 車載儲氫的目標10-11
• 1.2.2 各類儲氫方法的優(yōu)勢和缺陷11
• 1.3 固態(tài)儲氫材料簡介11-13
• 1.3.1 固態(tài)儲氫材料的分類11-12
• 1.3.2 各類固態(tài)儲氫材料的優(yōu)勢和缺陷12-13
• 1.4 金屬修飾儲氫材料的研究現(xiàn)狀13-22
• 1.4.1 碳基材料的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4.2 骨架結(jié)構材料的研究現(xiàn)狀16-22
• 1.5 論文的研究內(nèi)容及意義22-23
• 2 理論基礎與計算方法23-33
• 2.1 量子化學第一原理計算23-25
• 2.1.1 Schr?dinger方程23-24
• 2.1.2 三個基本近似24-25
• 2.2 從頭計算方法25-28
• 2.2.1 從頭計算方法原理25-27
• 2.2.2 電子相關27-28
• 2.3 密度泛函理論（DFT）28-31
• 2.3.1 Hohenberg-Koho定理28
• 2.3.2 單電子近似和Kohn-Sham方程28-29
• 2.3.3 交換關聯(lián)勢的處理29-31
• 2.4 密度泛函計算軟件31-33
• 2.4.1 Gaussian系列軟件及Gaussian函數(shù)31-32
• 2.4.2 DMol軟件32-33
• 3 鈧摻雜C_(24)B_6H_(18)共價有機骨架的儲氫性能33-41
• 3.1 引言33-34
• 3.2 模型和計算方法34-35
• 3.2.1 模型34
• 3.2.2 計算方法34-35
• 3.3 結(jié)果和討論35-40
• 3.3.1 C_4B_2H_6Sc_2單元結(jié)合氫氣的穩(wěn)定結(jié)構和儲氫量35-37
• 3.3.2 C_(24)B_6H_(18)Sc_6骨架結(jié)合氫氣的穩(wěn)定結(jié)構和儲氫量37-40
• 3.4 小結(jié)40-41
• 4 鈦、釩摻雜C_4B_2H_6單元及釩摻雜C_(24)B_6H_(18)共價有機骨架的儲氫性能41-49
• 4.1 結(jié)果和討論41-47
• 4.1.1 C_4B_2H_6Ti_2單元結(jié)合氫氣的穩(wěn)定結(jié)構和儲氫量41-43
• 4.1.2 C_4B_2H_6V_2單元結(jié)合氫氣的穩(wěn)定結(jié)構和儲氫量43-45
• 4.1.3 C_(24)B_6H_(18)V_6骨架結(jié)合氫氣的穩(wěn)定結(jié)構和儲氫量45-47
• 4.2 小結(jié)47-49
• 5 總結(jié)49-51
• 致謝51-53
• 參考文獻53-64

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