论文摘要
氢能是一种新的理想含能体能源，具有清洁、高效、安全、可持续的优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。但是要将氢能进行大规模的商业应用，需要寻找一种在温和条件下能够可逆地吸放氢，并且体积储氢量和质量储氢密度都较大的材料。目前虽然人们对储存氢气的材料进行了大量的研究，并取得了一些成果，但是都不能达到美国能源部（DOE）所设定的目标，不能应用于实际的储氢。本论文主要通过基于第一性原理的方法，对过渡金属原子修饰在C6-nBnH6六元环上的结构(C6-nBnH6)M （M=Sc，Ti，n=04）进行了理论计算，对(C6-nBnH6)M的结构及其储氢性质进行研究。我们的计算结果显示当B原子不断取代苯环上C原子后，类苯环的结构发生变形，使得过渡金属原子与C原子之间的相互作用增强，类苯环的结构与过渡金属原子之间的结合能增大。B原子的掺入，同时使得(C6-nBnH6)M结构中过渡金属原子上的正电性增加。考虑到过渡金属原子易于团聚的性质，我们选取比金属体材料结合能大的结构进行储氢性质的研究。研究结果显示(C6-nBnH6)M是通过过渡金属原子与H2分子之间形成Kubas化合物进行储氢的，吸附在过渡金属原子上的H2分子键长较独立的H2分子键长有所伸长。对于(C6-nBnH6)Sc结构，我们选取（C4B2H6）Sc，（C3B3H6）Sc和（C2B4H6）Sc这三个结构进行讨论，计算结果表明（C4B2H6）Sc、（C3B3H6）Sc的结构分别可以吸附5个和4个H2分子，质量储氢密度可以分别达到7.7wt%和6.3wt%。这两个结构吸附氢气的平均吸附能大约为12-14kJ/mol，将其作为储氢材料的基本单元，该材料可以满足储氢材料的要求。对于(C6-nBnH6)Ti结构，我们选取（C4B2H6）Ti，（C3B3H6）Ti和（C2B4H6）Ti这三个结构进行讨论，计算结果表明（C4B2H6）Ti、（C3B3H6）Ti和（C2B4H6）Ti的结构分别可以吸附5、4和5个H2分子，质量储氢密度可以分别达到7.5wt%、6.2wt%和7.7wt%。同时我们对(C6-nBnH6)M进行了电子结构分析，解释了B原子掺入类苯环C6-nBnH6的结构中使得过渡金属原子与C6-nBnH6之间结合能增大的原因，并得到了(C6-nBnH6)M可以吸附不同个数H2分子与过渡金属原子的未占据价层轨道个数有关。依据我们的研究结果，我们认为(C6-nBnH6)M可以作为设计储氢材料的基本单元，以实现能够在温和的条件下可逆地吸放氢，以及可以达到所要求的重量和体积储氢量的目标，对此进行了简要的论述和概括。本文的研究结果对过渡金属原子修饰纳米结构的储氢材料的设计和实验探究具有一定的指导意义。
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标签：储氢材料论文; 多层结构论文; 结构与稳定性论文; 结合能密度泛函理论论文;