夹心型双金属茂合物及金属团簇储氢性能的理论研究

发布时间：2017-09-18 02:25

  本文关键词：夹心型双金属茂合物及金属团簇储氢性能的理论研究

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【摘要】：作为一种清洁能源,氢能因其环保、热值高、储量丰富和效率高等特点被广泛认为有望取代化石燃料并缓解当前的环境污染问题。因为传统的压缩储氢和低温液化储氢存在安全和成本等诸多问题,所以目前采用吸附的方式将氢气存储在固体材料之中被认为是一种有潜力的储氢方式而被寄予厚望。Kubas作用结合强度在物理吸附与化学吸附之间,因此能够满足在常温常压下可逆吸收-释放氢气的条件。然而,之前基于Kubas作用所设计的储氢材料通常会同时涉及到过渡金属的团聚问题,从而降低了它们的储氢性能。夹心型双金属茂合物将双金属夹在两个茂环的中间形成一个相对封闭的空间,可避免金属间的团聚,保持了金属的活性,从而达到理想的储氢效果。本文基于密度泛函理论,首先对夹心型双金属茂合物Cp2TM2 (TM=V和Cr)的储氢性能作了分析并得到以下两个结论：(1)Cp_2V_2可以吸附7个H_2分子,储氢密度为5.73wt%。在Cp_2V_2所吸附的H_2分子之中：第1个分子被解离成2个H原子与2个V原子形成了多中心键,释放时需要比较高的温度或者加入催化剂；其余的6个分子与2个V原子形成了准分子键,它们达到了常温常压释放的条件。(2)Cp_2Cr_2可以吸附6个H_2分子,储氢密度为4.91wt%。在Cp_2Cr_2所吸附的H_2分子之中：前2个分子被解离成4个H原子与2个Cr原子形成了多中心键,释放时需要比较高的温度或者加入催化剂：其余的4个分子与2个Cr原子形成了准分子键,它们达到了常温常压释放的条件。与此同时,在一个金属团簇的表面原子上通常有点位、桥位和面位三种可能的位置与氢气进行结合,由此看来金属团簇可能有较多的吸氢位置。因此,本文仅接着对团簇Al_(15)在储氢方面的特性进行了分析。基于密度泛函理论,我们得到了第三个结论：(3)Al_(15)可以吸附5个H_2分子,储氢密度为2.43wt%。在A115的15个原子之中：除去中心原子,只有10个原子在点位与被解离的H原子进行结合,其中一个Al原子对应吸附一个H原子；这5个被吸附的H_2分子满足在常温常压下释放的条件。
【关键词】：密度泛函理论 夹心型双金属茂合物 金属团簇 储氢密度
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 前言10-11
• 1.2 氢经济综述11-13
• 1.2.1 氢能的优势11
• 1.2.2 氢气的制备11-12
• 1.2.3 氢能的应用12-13
• 1.3 储氢现状13-18
• 1.3.1 理想储氢的标准13-14
• 1.3.2 固体储氢材料的分类14
• 1.3.3 物理方式储氢14-16
• 1.3.4 化学方式储氢16-17
• 1.3.5 准分子方式储氢17-18
• 1.4 本论文的研究意义和主要内容18-20
• 第二章 理论基础20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 理论依据20-21
• 2.3 理论内容21-27
• 2.3.1 Thomas-Fermi-Dirac理论22-23
• 2.3.2 Hohenberg-Kohn定理23-24
• 2.3.3 Kohn-Sham方程24-25
• 2.3.4 局域密度近似25-26
• 2.3.5 广义梯度近似26
• 2.3.6 杂化密度泛函26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 Cp_2V_2和Cp_2Cr_2的结构性质分析28-37
• 3.1 引言28-29
• 3.2 计算方法29-30
• 3.3 结果讨论30-36
• 3.3.1 Cp_2V_2的几何构型30-31
• 3.3.2 Cp_2V_2的分子稳定性31
• 3.3.3 Cp_2V_2的电子结构31-33
• 3.3.4 Cp_2Cr_2的几何构型33-34
• 3.3.5 Cp_2Cr_2的分子稳定性34-35
• 3.3.6 Cp_2Cr_2的电子结构35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 Cp_2V_2和Cp_2Cr_2的储氢性能分析37-53
• 4.1 引言37
• 4.2 计算方法37-38
• 4.3 结果讨论38-52
• 4.3.1 Cp_2V_2储氢体系的几何构型38-41
• 4.3.2 Cp_2V_2储氢体系的结合能41-43
• 4.3.3 Cp_2V_2储氢体系的动力学43-44
• 4.3.4 Cp_2V_2储氢体系的稳定性44-45
• 4.3.5 Cp_2Cr_2储氢体系的几何构型45-48
• 4.3.6 Cp_2Cr_2储氢体系的结合能48-49
• 4.3.7 Cp_2Cr_2储氢体系的动力学49-51
• 4.3.8 Cp_2Cr_2储氢体系的稳定性51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 Al_(15)的结构性质和储氢性能分析53-63
• 5.1 引言53-54
• 5.2 计算方法54
• 5.3 结果讨论54-61
• 5.3.1 Al_(15)的几何构型54-56
• 5.3.2 Al_(15)的稳定性56
• 5.3.3 Al_(15)的电子结构56-58
• 5.3.4 Al_(15)储氢体系的几何构型58-60
• 5.3.5 Al_(15)储氢体系的结合作用60-61
• 5.3.6 Al_(15)储氢体系的稳定性61
• 5.4 本章小结61-63
• 总结与展望63-65
• 总结63-64
• 展望64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果70-71
• 致谢71

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