准二维材料储氢能力的预测以及三维石墨烯/六方氮化硼范德华异质结构的理论研究

发布时间：2021-01-19 09:38

　　氢能源的应用一直是科学研究的一项重要课题,这其中的重点之一就是新型储氢材料的开发。近年来,石墨烯和六方氮化硼等二维材料被发现在多个领域有巨大的应用潜力。本文从确定氢分子流体的逸度系数和状态方程出发,用少量的计算资源预测了扩张的双层石墨烯与六方氮化硼材料的储氢能力,由此得到了多孔碳材料和多孔六方氮化硼材料的准确氢存储量;同时,对3D-石墨烯/六方氮化硼范德华异质结构体系的性质进行了理论研究。本文主要包括以下几个主要研究内容:1.逸度参数法逸度在热力学中表示实际气体的有效压力,它等于相同条件下具有相同化学势的理想气体的压强。逸度与压强的比值被称之为逸度参数。有效连续模型和DFT计算（范德华修正项）相组合是合理设计新型气体物理吸附储存材料廉价且准确的理论方法。为了弥补这个方法中逸度系数和状态方程只能够用经验表达式这一缺陷,我们期望找到一种方法来确定具有完整物理意义的逸度系数表达方式。本章采用对真实气体状态方进行程维里展开的方法,通过对维里系数的理论计算,可以确定非极性粒子流体的逸度参数,并获得氢气状态的准确描述。我们所获得的状态方程可以在160-773K的温度范围内准确描述氢分子流体。因此,... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

氢分子自旋异构体示意图

它的发现立即震撼了整个凝聚态物理学学术界。图 1.2 石墨烯材料的二维结构示意图1.2.2 石墨烯材料的性质石墨烯最独特的性质表现在它特殊的电子性质，纯石墨烯是一种半金属或零带隙半导体材料。石墨烯中碳原子之间未参与杂化的 pz轨道相互作用形成了离域的大 π 键。而 π 成键轨道和 π*反键轨道的交点（狄拉克点）正好落在费米能级上，这就使得石墨烯具有一般低维材料所不能及的载流子传输特性。电荷载流子可以在空穴和电子之间自由转换，电荷的有效质量为零，表现出极小的电阻率[33-35]。石墨烯还表现出了异常的整数量子霍尔效应[33-35]。其霍尔电导为 2e2/h,6e2/h, 10e2/h, ....是量子电导的奇数倍，且可以在室温下被观测到[33-35]。这个行为已被科学家解释为“电子在石墨烯里遵守相对论量子力学，没有静质量”。石墨烯独特且优异的力学、电学、磁学和热力学性质使其有望在高性能纳米电子元件、复合材料、感光材料、太阳能材料、生物器件等领域具有广泛的应用前景。

第一章 绪 论9图 1.3 一种闪锌矿晶形的立方氮化硼结构示意图图 1.4 一种六方氮化硼的结构示意图1.3.2 六方氮化硼的性质及应用单层的六方氮化硼几何结构几乎与石墨烯完全相同（如图 1.4 所示），它也被称之为：“白色石墨烯”。它是最普遍的氮化硼形态之一，现在也已经成为了二维材料家族中重要的一员。单层的六方氮化硼因其独特的结构和优良的力学、热学和光学性能，在自旋电子学[44]、纳米电子学等领域有着重要的研究和应用价值。不同于石墨烯和碳纳米管，单层的六方氮化硼在室温下为宽带隙半导体或者也可以归类于绝缘体，具有高温抗氧化等独特性质。这使得它在某些应用领域中会优于石墨烯。通过吸附或者掺杂其他原子，可以改变单层六方氮化硼的几何结构、磁学性质和电子自旋等物理特性，进一步拓宽了它的应用领域[45]。英国曼彻斯特大学教授康斯坦丁·诺沃肖洛夫的小组已经成功的合成了含有六方氮化硼夹层的石墨烯材料。这种材料具备储存电子动量和能量的功能，为未来电子及光电传感器的等超高频设备的设计制造开辟了一条新的路径。

【参考文献】：
期刊论文
[1]论中国化学教育的起源[J]. 袁振东,张锦.  化学教育. 2011(12)
[2]化学元素的中文名词是怎样制定的[J]. 李海.  化学教学. 1989(03)



本文编号：2986760