金属修饰石墨烯储氢性能的理论研究

发布时间：2017-12-18 15:23

  本文关键词：金属修饰石墨烯储氢性能的理论研究

  更多相关文章： 储氢 石墨烯 金属修饰 密度泛函理论

【摘要】：氢气被认为是新一代的清洁和可再生能源。然而最主要的困难是找到一种高容量,快动力学响应,能够在室温条件下操作的高效可逆储氢系统。轻质碳基材料是一种可行的储氢媒介。增加碳基材料化学活性的一种方法是通过掺杂或者取代金属修饰纳米结构的表面。然而高密度金属扩散的石墨烯表面容易形成金属团簇,并且通过实验达到均匀覆盖单层金属原子很困难。因此,研究和创新的目光应该集中在通过对石墨烯进行适当的修饰来提高储氢容量。在本论文中,对金属修饰石墨烯的储氢行为进行了广泛的研究。主要研究结果概括如下:1.对钠原子修饰的硼掺杂石墨烯的储氢性能进行了研究。结果发现经过钠原子均匀地修饰的双边硼掺杂石墨烯能作为高容量的储氢媒介。首先,半金属化的硼掺杂石墨烯在吸附钠原子后转化为导体。其次,我们发现硼掺杂和库仑排斥能够阻止钠原子成簇。分散在石墨烯两侧的一个钠原子能够最多吸附五个氢分子,储氢容量可达12.8 wt%。另外,我们运用从头算分子动力学模拟来检测温度对氢吸附行为的影响。计算结果表明在温度为300 K且没有外压的情况下,钠原子总共能够吸附九个氢分子,储氢容量可达11.7wt%,超过了美国能源部提出的需求。2.研究发现锂原子双边修饰的多孔石墨烯能够作为高容量的储氢媒介。首先,随着锂原子掺杂浓度的增加,多孔石墨烯从p型半导体转变为n型简并半导体,显示其在电子器件,自旋电子元件和分子传感器方面有着广泛应用。其次,库仑排斥作用阻止了锂团簇的形成。H1-H'1和H2-H'2体系所能达到的最大储氢容量分别为12.11%和11.45%。更进一步,通过从头算分子动力学模拟得到的结果显示在温度300 K下H1-H'1和H2-H'2体系相应的储氢容量能够分别达到10.89 wt%和10.79 wt%。这些结果能够为开发在室温和常压下用于储氢的多孔碳基材料的实验工作提供一些有用的信息。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34;TQ116.2

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;石墨烯相变研究取得新进展[J];润滑与密封;2009年05期

2 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

3 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

4 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

5 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

6 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

7 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

8 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

9 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

10 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王风笛;金属修饰石墨烯储氢性能的理论研究[D];东北师范大学;2017年

2 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

3 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

4 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

5 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

6 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

7 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年

8 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年

9 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

10 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：1304658