氫是新能源動(dòng)力汽車最理想能源,但缺乏有效的儲(chǔ)氫技術(shù)。金屬有機(jī)骨架材料因具有高比表面積和孔結(jié)構(gòu)易調(diào)節(jié)等特點(diǎn),在固體吸附中得到廣泛研究,但尚未見到MOFs儲(chǔ)氫應(yīng)用于汽車和船舶等載具上的報(bào)道。本文應(yīng)用巨正則蒙特卡洛（GCMC）方法,模擬了MOF-X（X=801,806,808,841）和具有邊緣傳遞網(wǎng)的高連接MOFs兩個(gè)系列的金屬有機(jī)骨架材料的儲(chǔ)氫吸附情況;應(yīng)用非定域密度泛函理論（NLDFT）,分析了它們的的孔徑分布。結(jié)果顯示,低溫77 K條件下,所有MOF材料均具有良好的儲(chǔ)氫性能,可以達(dá)到美國(guó)能源部（DOE）儲(chǔ)氫目標(biāo),其中,擁有最多小孔結(jié)構(gòu),最大比表面積和孔容的Y-shp-MOF-1儲(chǔ)氫量最大,1000 k Pa時(shí)體積儲(chǔ)氫密度和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度可分別達(dá)到0.079 kg/L和11.1 wt%。同時(shí)因?yàn)槠滹@著的孔徑差異,吸附等溫線表現(xiàn)出兩個(gè)吸附平臺(tái)。同時(shí),為了預(yù)測(cè)MOFs作為車載儲(chǔ)氫材料的實(shí)際應(yīng)用前景,模擬了邊緣傳遞網(wǎng)高連接MOFs常溫（298 K）條件下的儲(chǔ)氫性能。研究發(fā)現(xiàn),300 bar下,所有的MOFs材料均能達(dá)到美國(guó)能源部2020年目標(biāo);在同等條件下,Y-shp-MOF-1可以達(dá)到目前商... 

【文章來源】：長(zhǎng)江大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：54 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

幾種DOE資助的儲(chǔ)氫方式研究[17]

21構(gòu)、參數(shù)之間的聯(lián)系。3.2吸附等溫線采用巨正則蒙特卡洛方法，在液氮溫度77K，壓強(qiáng)0-10MPa的條件下，模擬計(jì)算了MOF-801、MOF-806、MOF-808、MOF-841四種金屬有機(jī)骨架材料的體積儲(chǔ)氫密度和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度。之前我們也計(jì)算了在室溫298K情況下四種材料的儲(chǔ)氫性能，數(shù)據(jù)表明其儲(chǔ)氫吸附量非常低，遠(yuǎn)不如低溫77K下的氫氣吸附性能。吸附等溫線顯示，隨著壓強(qiáng)的增大，氫氣吸附量也隨之增加，在500kPa這個(gè)節(jié)點(diǎn)處，儲(chǔ)氫密度增加明顯，隨后增長(zhǎng)速度變緩，并逐漸飽和，為典型的I型吸附等溫線。圖3-1四種MOF材料的體積儲(chǔ)氫密度和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度Fig.3-1Volume(a)andGravimetric(b)hydrogenstoragedensityoffourMOFmaterials如圖3-1(a)所示，圖像橫軸為相對(duì)壓強(qiáng)（某一時(shí)刻的壓強(qiáng)值/10MPa），縱軸是體積儲(chǔ)氫密度（kgH2/LMOFmaterials）。四種MOF材料的體積儲(chǔ)氫密度由大到小依次為MOF-806(0.072kg/L)、MOF-841(0.062kg/L)、MOF-801(0.058kg/L)、MOF-808(0.052kg/L)。四種MOF材料的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度(kgH2/kgMOFmaterials)如圖3-1(b)所示。它們的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度與體積儲(chǔ)氫密度規(guī)律基本相同，MOF-806因?yàn)橛凶畲蟮腂ET比表面積和孔容，所以擁有最高的儲(chǔ)氫吸附量；MOF-801比表面積和孔容都最小，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度與其它材料相比明顯更低，但是因?yàn)槠?.6nm附近的孔結(jié)構(gòu)提供了較強(qiáng)的氫結(jié)合能，同時(shí)晶胞體積明顯比MOF-808小得多，所以體積儲(chǔ)氫密度比MOF-808略高。相比于MOF-841，雖然MOF-808比表面積更大，但是其孔徑為18.4，接近介孔，氫結(jié)合能較小；同時(shí)，MOF-808擁有比MOF-841明顯更大的晶胞體積和質(zhì)量，所以體積質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度更校

23連接體,四面體籠型結(jié)構(gòu)以一種MOF-808的整體連接方式共享頂點(diǎn)，可以被簡(jiǎn)化為增強(qiáng)的金剛石網(wǎng)。一個(gè)大的金剛烷籠內(nèi)部孔徑為18.4。圖3-2MOF-801、MOF-806、MOF-808、MOF-841晶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3-2CrystalstructuresforMOF-801、MOF-806、MOF-808、MOF-841以MTB為連接劑制備的MOF-841晶體，結(jié)構(gòu)如圖3-3(d)。用單晶X射線衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)MOF-841屬于四方晶系，空間群I4/m，晶格參數(shù)a=b=14.6766，c=28.033,ɑ=β=γ=90。MOF-841中的每一個(gè)SBU都與8個(gè)連接基團(tuán)進(jìn)行連接。水和甲酸配體完成了SBU的配位。將八個(gè)連接的SBUs與四面體連接基團(tuán)結(jié)合在一起，形成一個(gè)具有流動(dòng)性拓?fù)涞娜S框架(圖3-6)。這是默認(rèn)的，高對(duì)稱性的，邊緣傳遞性的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由立方和四面體構(gòu)型單元組合而得。在這種結(jié)構(gòu)類型中只形成了一種籠形結(jié)構(gòu)。對(duì)于MOF-841，籠的直徑(不終止甲酸)為11.6。3.4本章小結(jié)本文通過應(yīng)用巨正則蒙特卡洛方法對(duì)MOF-806、MOF-841、MOF-808、MOF-801四種結(jié)構(gòu)相似的金屬有機(jī)骨架化合物進(jìn)行儲(chǔ)氫性能模擬研究。根據(jù)其吸附等溫線，結(jié)合四種材料的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)等信息，分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1.比表面積是決定材料儲(chǔ)氫性能的關(guān)鍵因素，同時(shí)孔容的大小也在很大程度上影響著材料儲(chǔ)氫吸附量的大小，因?yàn)榇蟮谋缺砻娣e可以增加氫氣的附著位點(diǎn)，

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3435748