本文關(guān)鍵詞：金屬修飾石墨烯儲(chǔ)氫性能的理論研究

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【摘要】：氫氣被認(rèn)為是新一代的清潔和可再生能源。然而最主要的困難是找到一種高容量,快動(dòng)力學(xué)響應(yīng),能夠在室溫條件下操作的高效可逆儲(chǔ)氫系統(tǒng)。輕質(zhì)碳基材料是一種可行的儲(chǔ)氫媒介。增加碳基材料化學(xué)活性的一種方法是通過摻雜或者取代金屬修飾納米結(jié)構(gòu)的表面。然而高密度金屬擴(kuò)散的石墨烯表面容易形成金屬團(tuán)簇,并且通過實(shí)驗(yàn)達(dá)到均勻覆蓋單層金屬原子很困難。因此,研究和創(chuàng)新的目光應(yīng)該集中在通過對(duì)石墨烯進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎梺硖岣邇?chǔ)氫容量。在本論文中,對(duì)金屬修飾石墨烯的儲(chǔ)氫行為進(jìn)行了廣泛的研究。主要研究結(jié)果概括如下:1.對(duì)鈉原子修飾的硼摻雜石墨烯的儲(chǔ)氫性能進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過鈉原子均勻地修飾的雙邊硼摻雜石墨烯能作為高容量的儲(chǔ)氫媒介。首先,半金屬化的硼摻雜石墨烯在吸附鈉原子后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體。其次,我們發(fā)現(xiàn)硼摻雜和庫侖排斥能夠阻止鈉原子成簇。分散在石墨烯兩側(cè)的一個(gè)鈉原子能夠最多吸附五個(gè)氫分子,儲(chǔ)氫容量可達(dá)12.8 wt%。另外,我們運(yùn)用從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬來檢測(cè)溫度對(duì)氫吸附行為的影響。計(jì)算結(jié)果表明在溫度為300 K且沒有外壓的情況下,鈉原子總共能夠吸附九個(gè)氫分子,儲(chǔ)氫容量可達(dá)11.7wt%,超過了美國能源部提出的需求。2.研究發(fā)現(xiàn)鋰原子雙邊修飾的多孔石墨烯能夠作為高容量的儲(chǔ)氫媒介。首先,隨著鋰原子摻雜濃度的增加,多孔石墨烯從p型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)閚型簡并半導(dǎo)體,顯示其在電子器件,自旋電子元件和分子傳感器方面有著廣泛應(yīng)用。其次,庫侖排斥作用阻止了鋰團(tuán)簇的形成。H1-H'1和H2-H'2體系所能達(dá)到的最大儲(chǔ)氫容量分別為12.11%和11.45%。更進(jìn)一步,通過從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬得到的結(jié)果顯示在溫度300 K下H1-H'1和H2-H'2體系相應(yīng)的儲(chǔ)氫容量能夠分別達(dá)到10.89 wt%和10.79 wt%。這些結(jié)果能夠?yàn)殚_發(fā)在室溫和常壓下用于儲(chǔ)氫的多孔碳基材料的實(shí)驗(yàn)工作提供一些有用的信息。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB34;TQ116.2

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本文編號(hào)：1304658