金属原子修饰的硼烯储氢性能的第一性原理研究

发布时间：2022-10-09 18:36

　　近年来,化石能源的使用所带来的环境问题日益突出。氢气具有含量丰富,清洁可再生等优良特点,有望替代化石能源,成为未来最主要的新型能源燃料。氢气作为新能源投入实际应用面临的最大困难是如何安全有效的进行氢气的存储。寻找合适的储氢材料成为近年来的研究热点之一。石墨烯等二维材料具有质量轻,比表面积大的优点,是有巨大发展前景的储氢材料。当然纯石墨烯是无法用来储氢的,因为它与氢气分子间仅存在物理吸附,吸附能过低不利于氢气的存储。已有研究发现通过Li,Ca,Ti等金属原子修饰的石墨烯对氢气的吸附能有显著提高。然而用来修饰石墨烯的金属原子在其表面很容易形成团簇,又极大的影响了氢气的存储,也不利于提高储氢质量比。最近,硼烯作为一种新型的二维材料在实验室超高真空环境下被成功制备。本文采用第一性原理密度泛函理论研究了金属原子以及氢气在硼烯表面的吸附,研究表明纯硼烯对氢气的吸附能较低,属于物理吸附。但是Li和Ca原子却可以被稳定吸附在硼烯表面且不容易形成团簇。同时,经过Li/Ca修饰的硼烯对氢气的吸附能力显著增强,可以大量吸附氢气分子,储氢质量比高达10%。并且,Li/Ca修饰的硼烯对氢气的吸附能大约为0.2 ... 

【文章页数】：49 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 氢能源与化石能源
        1.1.1 氢能经济
        1.1.2 氢气的制备
    1.2 氢气的存储方法
    1.3 低维储氢材料的研究
    1.4 本文的研究目标、研究内容与研究意义
第2章 理论计算方法
    2.1 计算物理简介
    2.2 多粒子体系的薛定谔方程
        2.2.1 绝热近似
        2.2.2 单电子近似
    2.3 密度泛函理论
        2.3.1 Thomas-Fermi-Diarc模型
        2.3.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.3.3 Kohn-sham方程
    2.4 交换关联泛函
        2.4.1 局域密度近似
        2.4.2 广义梯度近似
    2.5 计算软件简介
        2.5.1 VASP软件包
        2.5.2 Materials Studio
第3章 硼烯储氢性能的研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 硼烯的几何结构与电子结构
    3.4 氢气分子在硼烯表面的吸附
    3.5 本章小结
第4章 金属原子修饰的硼烯储氢性能的研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 金属原子在硼烯表面的吸附
    4.4 Li/Ca修饰的硼烯的几何结构与电子结构
    4.5 Li/Ca修饰的硼烯储氢性能的研究
        4.5.1 氢气分子在Li修饰的硼烯表面的吸附
        4.5.2 氢气分子在Ca修饰的硼烯表面的吸附
        4.5.3 Li/Ca修饰的硼烯的储氢质量比
    4.6 本章小结
第5章 Li修饰的带缺陷的硼烯储氢性能的研究
    5.1 引言
    5.2 计算方法
    5.3 带缺陷的硼烯的结构
    5.4 氢气分子在带缺陷的硼烯表面的吸附
    5.5 Li修饰的带缺陷的硼烯的储氢性能的研究
        5.5.1 Li原子在带缺陷的硼烯表面的吸附
        5.5.2 氢气分子在Li修饰的带缺陷的硼烯表面的吸附
    5.6 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
在读期间发表的学术论文及研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]计算物理学简介[J]. 宫野.  大学物理. 1997(03)



本文编号：3689151