锂掺杂单壁氮化硼纳米管阵列储氢的理论研究

采用巨正则蒙特卡罗方法,研究锂掺杂对单壁氮化硼纳米管阵列(SWBNNTA-Single Walled Boron Nitride Nanotube Array)物理吸附储氢的影响.揭示锂掺杂是提高SWBNNTA储氢能力的有效手段,并给出最佳掺杂方案.计算结果表明,选择最佳的掺杂方案,并合理控制SWBNNTA的结构与尺寸,可使锂掺杂SWBNNTA在常温、中等压强下的物理吸附储氢量达到和超过美国能源部提出的2015年研究目标.     

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.     

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.     

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 .     

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.     

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。     

氧化物辅助生长法合成氮化硼纳米管

硼、氧化硅、硅的混合粉末与氨气在1423K反应生成了氮化硼纳米管.产物用X射线衍射(XRD),透 射电镜(TEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)进行了表征.氮化硼纳米管的直径为20～50nm,长达几十微米.氮化硼 纳米管的头部是开口或封口的,没有观察到纳米颗粒被包覆在纳米管的端部.因此,氮化硼纳米管的生长被认为 是一种氧化物辅助生长的机理.同多晶六方氮化硼的红外光谱相比,在1520cm-1处的小吸收峰表现了氮化硼纳 米管的一维结构特征.     

First-principle study of interaction of molecular hydrogen with BC<Subscript>3</Subscript> composite single-walled nanotube

The physisorption of molecular hydrogen in BC₃ composite single-walled nanotube, investigated using density functional theory, was compared with single-walled carbon nanotube. Both external and internal adsorption sites of these two nanotubes have been studied with the hydrogen molecular axis oriented parallel to the nanotube wall. The calculated results show that: ([see full textsee full text]) the physisorption energies of a H₂ molecule are larger for BC₃(8,0) composite nanotube than for C(8,0) nanotube at all adsorption sites examined. ([see full textsee full text]) For these two nanotubes, the physisorption energies are larger for hydrogen bound inside the nanotubes than for adsorption outside the nanotubes. The different behavior between these two nanotubes is explained by the contour plots of electron density and charge-density difference of them. The present computations suggest that BC₃ nanotube may be a better candidate for hydrogen storage than carbon nanotube.     

钴修饰氮化铝纳米管的储氢性能

本文采用密度泛函理论中的广义梯度近似系统地研究了钴原子修饰的(5,5)单壁氮化铝纳米管(SWANNT)的几何结构、电子性质以及储氢性能.研究结果表明:钴原子倾向于以顶位的形式吸附于(5,5) SWANNT表面N原子上.在钴原子周围可以吸附4个完整的H分子,平均吸附能为0.624 e V,表明钴原子修饰的SWANNT材料有望在温和环境中实现对H分子的快速吸附和脱附.     

Hydrogen adsorption and desorption in carbon nanotube systems and its mechanisms

The hydrogen physisorption properties in single-walled carbon nanotube (SWNT) based materials were characterized. The SWNTs were highly purified and three useful pores for hydrogen physisorption were activated. Hydrogen was physisorbed in intra-tube pores at room temperature and the capacity was estimated to be about 0.3–0.4 wt.% at room temperature. The adsorption capacity can be explained by the Langmuir model. The intra-tube pores have large adsorption potential and this induces hydrogen physisorption at comparatively higher temperatures. This fact indicates the importance of fabricating sub-nanometer ordered pores for this phenomena. PACS 51.30.+i; 51.90.+r; 81.05.Tp; 81.07.De     

Molecular dynamics simulations of hydrogen adsorption/desorption by palladium decorated single-walled carbon nanotube bundle

Utilising molecular dynamics simulations, the hydrogen molecules adsorption isotherms of the (8,?0) palladium decorated single-walled carbon nanotube (SWNT) were obtained. The hydrogen adsorption was studied on the external, interstial and internal surfaces of the SWNT bundle at several temperatures ranging from 77 to 400?K. The results were compared with the bare single-walled carbon nanotube bundle under the same conditions. The decorated carbon nanotube bundle hydrogen adsorption was significantly higher than that of the bare one. The hydrogen desorption and readsorption were studied using temperature as the readsorption/desorption variable. The rate constants were calculated for the hydrogen desorption at different temperatures. The calculated decorated SWNT bundle hydrogen desorption activation energy was higher than that for the bare SWNT bundle. The calculated activation energies for the hydrogen desorption in both nanotube bundles specified the temperature dependency of hydrogen desorption.     

Monte Carlo simulation of hydrogen physisorption in K-doped single walled carbon nanotube array

Properties of hydrogen physisorption in K-doped single walled carbon nanotube array (SWCNTA) are investigated in detail by grand canonical Monte Carlo simulation. The optimization of hydrogen storage capacity at 293 K and 10 MPa as a function of K-doping schemes, K atoms’ doped-sites, and SWCNTA configuration is discussed.