夹心型双金属复合物结构及储氢性能的第一性原理研究

发布时间：2020-07-14 21:04

【摘要】：氢能,作为一种清洁新能源,来源丰富,对环境友好,被赋予取代化石能源的期望。然而,氢气的储存已经是制约着其规模化发展的瓶颈。传统的压缩气态储氢罐、液态氢气罐储氢方法都不够理想,既不安全也无法满足商业应用要求,更是距离车载移动能源的标准还相当远。目前被提到过作为储氢媒介的四种主要材料有：金属氢化物、配位氢化物、金属有机框架(metal organic frameworks)MOFs以及金属掺杂或者修饰的碳纳米材料。但他们依然存在各种不足。作为吸附活性原子的金属原子经常是裸露在外空间中,极易与其他物质发生反应,降低吸附能力。本论文设计了一类新型结构,由过渡金属Ti原子(Sc原子)和乙烯(乙炔)共插入到两个Cp环中间,并采用基于第一性原理的Gaussian软件对这四种分子Cp2Ti2C2H4、Cp2Sc2C2H4、Cp2Ti2C2H2以及Cp2Sc2C2H2的几何结构稳定性、电子结构以及储氢性能进行了研究。与此同时,我们对夹心型全金属复合物Al8Ti2的储氢可行性也进行了探讨。(1)过渡金属Ti原子(Sc原子)和乙烯(乙炔)组成的TiC2H4Ti单元、SCC2H4Sc单元、TiC2H2Ti单元和ScC2H2Sc单元可以插入到两个Cp环中间,形成稳定的Cp2Ti2C2H4、Cp2Sc2C2H4、Cp2Ti2C2H2、Cp2Sc2C2H2结构,分别对应着5,1,3,3的自旋态。它们都可以用作储氢的媒介,分别能够吸附6,8,8,8个氢气分子,获得4.73%,6.06%,5.97%,6.11%的质量分数,接近或者超过美国能源部(United States Department of Energy)2009年制定的2015氢气储存目标。且它们均有着相对合理的平均结合能,分别为0.34eV/H2,0.47eV/H2,0.26eV/H2,0.50eV/H2,满足0.2-0.6eV/H2的理想结合能范围,能够让氢气在常温常压条件下被可逆地储存与释放。(2)Al8Ti2全金属双核芳香茂合物可以用作氢气的储存媒介,获得8.24 wt%的质量百分比,但是由于其平均结合能较高,难以在常温常压下被释放。在吸附氢气的过程中,H原子会与A1原子、Ti原子形成多中心键吗,且对应着IR频谱中特殊的频率范围,因此,通过特定模式的红外线刺激有望实现氢气的释放。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK91
【图文】：

构如图１所示。Ｍ０Ｆ－５的空腔较大，逡逑等压力下，它吸收氧气的质量分数可逡逑氢气分子被单个配合物分子吸收；而逡逑质量分数为１．０邋ｗｔ％。压强升高，储逡逑

图５中呈现出来

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本文编号：2755480