Sc修饰多孔石墨烯储氢性能的第一性原理研究

发布时间：2021-05-24 06:29

　　碳纳米材料由于具有比表面积大、吸附动力学性能良好和可逆储氢等特点而广泛应用于固态储氢。多孔石墨稀是在实验上得以成功制备的少数二维碳材料之一,其表面有很多均匀分布的纳米孔,具有更高的比表面积,从而保证了高效的储氢。Sc是相对原子质量最轻的过渡金属原子,Sc原子修饰多孔石墨烯可能存在更大的储氢量。但是国内外关于Sc原子修饰多孔石墨烯的研究甚少,其吸附机理以及储氢量尚不明晰。本文运用密度泛函理论的广义梯度近似,对过渡金属元素Sc修饰多孔石墨烯（PG）的几何结构、吸附机理和储氢性能进行研究。通过对Sc修饰多孔石墨烯体系储氢性能的研究发现:单个Sc原子最稳定的吸附位置是碳环中心,周围最多可吸附4个H₂分子,平均吸附能为-0.429 eV/H₂。通过在体系的另一侧添加第二个Sc原子,可以有效提高体系的储氢能力。两个Sc原子位于多孔石墨烯异侧相邻碳环中心孔位时,储氢量可达9.09 wt.%,平均吸附能为-0.296 eV/H₂,这是Sc-PG体系最适合储氢的结构。H₂分子在Sc修饰PG体系的吸附主要是H,Sc,C... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：46 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究意义及研究现状
        1.1.1 氢气的存储方式
        1.1.2 纳米多孔材料储氢
            1.1.2.1 石墨烯储氢
            1.1.2.2 多孔石墨烯储氢
    1.2 研究内容
第2章 密度泛函理论简介
    2.1 从头算法
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi-Dirac模型
        2.2.2 Hohenberg-kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交换关联泛函
            2.2.4.1 局域密度近似(LDA)
            2.2.4.2 广义梯度近似(GGA)
            2.2.4.3 范德华密度泛函方法(vdW-DFT)
    2.3 计算参数与模型
第3章 Sc修饰PG的储氢性能
    3.1 单个Sc原子修饰PG体系
        3.1.1 单个Sc原子修饰PG的吸附结构
        3.1.2 H_2在单个Sc原子修饰PG上的吸附
    3.2 两个Sc原子修饰PG体系
        3.2.1 两个Sc原子修饰PG的吸附结构
        3.2.2 两个Sc原子修饰PG体系的储氢量
    3.3 本章小结
第4章 Sc修饰B掺杂PG的储氢性能
    4.1 单个B原子掺杂稳定位置
    4.2 单个Sc原子修饰B-PG体系
        4.2.1 单个Sc原子修饰B-PG的吸附结构
        4.2.2 H_2在单个Sc原子修饰B-PG上的吸附
    4.3 两个Sc原子修饰B-PG体系
        4.3.1 两个Sc原子修饰B-PG的吸附结构
        4.3.2 两个Sc原子修饰B-PG体系的储氢量
    4.4 本章小结
总结与展望
    本文总结
    研究展望
参考文献
致谢
附录 攻读硕士学位期间所发表的学术论文



本文编号：3203719