化学基团影响金属有机骨架材料储氢性能的理论研究

论文摘要

设计合成新型的金属有机骨架（Metal Organic Frameworks,简称MOFs）材料应用于储氢正受到越来越广泛的关注。利用基于分子力场的计算模拟方法来预测各种材料在不同条件下的储氢能力,可以为实验合成材料提供理论指导。计算模拟方法能够节省大量的繁杂的实验研究,降低实验成本,能为实验提供理论依据和指导意义。计算模拟的基础是分子力场,在目前文献中报道关于MOFs材料气体吸附的力场比较多,通过第一性原理计算结果拟合力场,与实验数据比较验证力场,使得力场在适合的范围预测具有可靠性。本论文以MOF-5为代表,采用巨正则系综蒙特卡罗模拟方法研究了有机连接配体中不同化学基团对氢分子的相互作用。模拟得到的等温过量吸附和总吸附与实验吻合,验证了力场的可靠性。由该力场参数的可靠性进一步模拟同一温度不同压强下MOFs改性材料的相对储氢能力,预测了通过不同基团修饰的改性材料的储存氢气的能力,探讨了不同MOFs改性材料结构的储氢能力,得到了改性材料的吸氢的非线性效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属有机骨架MOFs（Metal organic Frameworks）材料的简介
• 1.2.1 MOFs材料概念
• 1.2.2 含有羧基配体的MOFs材料
• 1.2.3 含有氮环类配体的MOFs材料
• 1.2.4 设计合成MOFs材料
• 1.2.5 MOFs材料储氢
• 1.3 选题的依据及意义
• 2 力场
• 2.1 分子力场
• 2.2 传统的力场
• 2.3 第二代力场
• 2.4 通用力场
• 2.5 本论文用的通用力场—DREIDING力场
• 3 巨正则系综蒙特卡罗方法
• 3.1 正则系综
• 3.1.1 正则系综的原理
• 3.1.2 巨正则系综
• 3.2 蒙特卡罗（Monte Carlo）方法
• 3.2.1 蒙特卡罗方法的基本思想
• 3.2.2 Monte Carlo方法的基本特点
• 3.3 巨正则系综蒙特卡罗方法
• 4 MOFs材料吸附氢气
• 4.1 本论文的模型
• 4.2 所用力场的验证
• 4.3 改性材料的吸附等温线
• 总结
• 致谢
• 参考文献