单壁碳纳米管低温及常温下储氢行为的模拟计算研究

采用巨正则系综蒙特卡罗方法, 通过含有此方法模块的GULP软件, 系统地研究了扶手椅式单壁碳纳米管在低温和常温下的储氢性能, 给出了5种半径的扶手椅管在液氮温度(77 K)和常温(280 K)下的吸附等温线, 同一管径在不同温度不同压强下氢分子在碳纳米管中的分布构型图等. 对77 K和280 K下不同压强不同管径的碳纳米管储氢能力做了较为全面的对比分析, 最后根据模拟计算的结果, 对碳纳米管储氢能力的强化提出了一些建设性意见.     

氮化硼纳米管阵列储氢的计算机模拟

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管阵列的物理吸附储氢,重点研究压强、纳米管阵列的管径和管间距对单壁氮化硼纳米管阵列物理吸附储氢的影响.计算结果表明,氮化硼纳米管阵列的储氢性能明显优于碳纳米管阵列,在常温和中等压强下的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到和超过美国能源部提出的商业标准.并给出相应的理论解释.     

碳气凝胶储氢性能的理论研究

采用基于Metropolis蒙特卡罗和Reverse蒙特卡罗的杂化逆向蒙特卡罗方法,构建碳气凝胶的微孔结构模型,根据碳气凝胶的介孔尺寸构建介孔模型.设计不同形状、不同孔径的介孔模型,使用巨正则蒙特卡罗方法详细模拟在298 K和77 K下的储氢量.结果显示,在77 K时,所设计的碳气凝胶的储氢量几乎是室温下的4倍.在77 K,100 bar时,储氢量最高可达到11.12 wt%和45.68 g·L^-1.     

BC3复合纳米管的储氢性能研究

采用巨正则蒙特卡罗方法（GCMC）研究了BC3复合纳米管的物理吸附储氢性能,获得了该纳米管在不同温度和压强下的吸附等温线,及其在不同条件下的物理储氢吸附量,并和相应的碳纳米管进行了对比研究。结果表明,BC3纳米管在所有条件下的储氢性能均优于相应的碳纳米管,因而它是一种比碳纳米管更强的氢存储介质,并从纳米管和H2分子以及H2分子和H2分子之间的平均总相互作用能的分布情况等因素出发解释了这两种纳米管有不同储氢行为的原因。     

结构与尺寸对碳纳米管物理吸附储氢的影响

采用巨正则蒙特卡罗方法,在298K和10MPa下,系统地研究了碳纳米管及其阵列的物理吸附储氢量与单壁管的管径、多壁管的层间距和管层数、单壁管阵列的管间距和排列方式的关系.发现单壁管的管径等于6nm时,管内的储氢密度达到最大;多壁管的层间距由034nm增大至061或088nm时,物理吸附储氢量明显增大;单壁管阵列的管间距等于17nm时,其管外间隙处的储氢密度达到最大,且方阵阵列优于三角阵列;当单壁管阵列的管间距大于06nm时,其管外的储氢密度均大于管内的储氢密度.指出合理地选择单壁管的管径、多壁管的层间距、单壁管阵列的管间距和排列方式,可以有效地提高碳纳米管及其阵列的物理吸附储氢量,并给出了相应的理论解释.     

单壁BN纳米管和碳纳米管物理吸附储氢性能的理论对比研究

采用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)研究了单壁氮化硼纳米管(SWBNNTs)和单壁碳纳米管(SWCNTs)的物理吸附储氢性能,主要对比研究了纳米管的管径、温度和手性对二者物理吸附储氢量的影响. 研究结果表明：在低温下,SWBNNTs的物理吸附储氢性能优于相应的SWCNTs;但是随着温度的升高,二者的物理吸附储氢性能差别越来越小,在常温下,SWBNNTs不具备有比SWCNTs更强的物理吸附储氢性能,而是和相同条件下的SWCNTs相差不大,只是在高压下的物理吸附储氢量稍稍大于SWCNTs,并给出了合理的理论解释 关键词： 巨正则蒙特卡罗方法(GCMC) 单壁氮化硼纳米管(SWBNNTs) 单壁碳纳米管(SWCNTs) 储氢     

BC3复合纳米管的储氢性能研究

采用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)研究了BC3复合纳米管的物理吸附储氢性能,获得了该纳米管在不同温度和压强下的吸附等温线,及其在不同条件下的物理储氢吸附量,并和相应的碳纳米管进行了对比研究.结果表明,BC3纳米管在所有条件下的储氢性能均优于相应的碳纳米管,因而它是一种比碳纳米管更强的氢存储介质,并从纳米管和H2分子以及H2分子和H2分子之间的平均总相互作用能的分布情况等因素出发解释了这两种纳米管有不同储氢行为的原因.     

碳纳米管储氢研究

 目前,环境保护和能源短缺是影响社会可持续发展的两大重要问题。近代人类使用的能源主要是煤炭、石油和天然气。经济的发展和人类生活水平的提高,对这些一次性能源的需求量在迅速增加,它们的储量在迅速下降。另一方面,这些化石燃料在使用过程中,产生大量的有害物质,如CO_x、NO_x、SO_x及碳氢化合物等,导致严重的环境污染。因此,世界各国都在努力地开发洁净的新能源。氢能以其资源丰富、可再生、热效率高和可以不产生使用污染等特点格外受到关注。     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响。对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明: (1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内。(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定。（3）随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小。     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响.对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明:(1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内.(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定.(3)随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小.     

H2的自由扩散和吸附状态的对比研究

运用巨正则Monte Carlo方法, 模拟了H₂在自由扩散状态下及碳纳米管吸附状态下的分布, 对H₂的自由扩散和吸附状态进行了对比研究. 研究表明: 77 K和2 MPa下, (30, 30)扶手椅型碳纳米管质量储氢密度为3.74%, 77 K和10 MPa下, 质量储氢密度为7.4%. 吸附状态的H₂分子主要汇聚在碳纳米管内外两个壁面. 关键词： 储氢 碳纳米管 巨正则Monte Carlo     

多壁碳纳米管储氢的物理吸附特性

采用巨正则蒙特卡罗方法 ,模拟常温、1 0MPa下氢在扶手椅型多壁壁碳纳米管中的物理吸附过程 .氢分子之间、氢分子与碳原子之间的相互作用采用Lennard Jones势能模型 .研究了双壁碳纳米管外 (内 )径固定而内 (外 )径改变时的物理吸附储氢情况 ,发现氢分子主要储存在双壁碳纳米管的管壁附近 ,当双壁碳纳米管的内外管壁间距由 0 .34nm增大到 0 .6 1或 0 .88nm时可有效增加物理吸附储氢量 ,并给出了相应的理论解释 .在此基础上 ,计算了管壁间距为 0 .34、0 .6 1和 0 .88nm时的三壁碳纳米管的物理吸附储氢量 ,并与相同条件下单壁和双壁碳纳米管的物理吸附储氢量作了比较 ,发现多壁碳纳米管的物理吸附储氢量随碳管层数的增加而减小 .     

Hydrogen storage in Li-doped fullerene-intercalated hexagonal boron nitrogen layers

New materials for hydrogen storage of Li-doped fullerene (C₂₀, C₂₈, C₃₆, C₅₀, C₆₀, C₇₀)-intercalated hexagonal boron nitrogen (h-BN) frameworks were designed by using density functional theory (DFT) calculations. First-principles molecular dynamics (MD) simulations showed that the structures of the C _n -BN (n = 20, 28, 36, 50, 60, and 70) frameworks were stable at room temperature. The interlayer distance of the h-BN layers was expanded to 9.96–13.59 Å by the intercalated fullerenes. The hydrogen storage capacities of these three-dimensional (3D) frameworks were studied using grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations. The GCMC results revealed that at 77 K and 100 bar (10 MPa), the C₅₀-BN framework exhibited the highest gravimetric hydrogen uptake of 6.86 wt% and volumetric hydrogen uptake of 58.01 g/L. Thus, the hydrogen uptake of the Li-doped C _n -intercalated h-BN frameworks was nearly double that of the non-doped framework at room temperature. Furthermore, the isosteric heats of adsorption were in the range of 10–21 kJ/mol, values that are suitable for adsorbing/desorbing the hydrogen molecules at room temperature. At 193 K (–80 °C) and 100 bar for the Li-doped C₅₀-BN framework, the gravimetric and volumetric uptakes of H₂ reached 3.72 wt% and 30.08 g/L, respectively.     

微孔对单壁纳米碳管储氢性能的影响

用巨正则蒙特卡罗分子模拟方法研究了单壁纳米碳管中的微孔即单壁纳米碳管基本孔-内管腔和管间孔对单壁纳米碳管储氢性能的影响.与低温下氮气吸附实验结果的比较发现单壁纳米碳管的内管腔是吸附的主要位置.分析单壁纳米碳管内管腔中吸附势的叠加和利用效率，发现管径为2nm左右时单壁纳米碳管内管腔的储氢容量最高.当单壁纳米碳管阵列的管间距增加时，单壁纳米碳管的管间孔也会成为有效的氢吸附位. 关键词： Monte Carlo方法 单壁纳米碳管 储氢 微孔     

氢气分子在沸石中的吸附模拟研究

采用巨正则蒙特卡罗方法模拟了氢气在沸石中的吸附行为,并采用Dubinin-Astakhov微孔分析方法,分析了沸石结构对储氢量大小的影响,总结了影响储氢量大小的物理因素,该工作有利于指导合理的设计与合成储存材料,为改善材料储氢能力提供了有力的理论支撑. 关键词： 储氢 吸附等温线 巨正则蒙特卡罗     

超细0.4nm直径单壁碳管的光学特性

由于纳米碳管的优异机械特性及其丰富多采的光学和电学特性，它自1991年被发现以来一直受到科学家的青睐，纳米碳管研究已成为当今世界上发展最迅速，竞争最激烈的科学前沿领域之一。怎样才能把纳米碳管做得更细小，尺寸更均匀以及如何使众多的纳米碳管排列规整，一直是纳米碳管研究中的难题。我们利用多孔的沸石晶体作为载体，首次成功地研制出了尺寸均一，排列规整的超细单壁纳米碳管，这些超细纳米碳管具有独特的性能，低温下（＜20K）甚至呈现出前所未有的一维超导现象。详细介绍了这些超细单壁纳米碳管的制备过程，并着重介绍其在可见光区的光吸收，光发射以及二次谱波的倍频特性。