氮化铝基纳米团簇储氢性质和机理的第一性原理研究

【摘要】在煤、石油、天然气等能源日益枯竭的情况下,研究和开发利用可再生能源成为能源研究的热点,氢能由于其清洁、丰富、高效成为一种理想的替代能源。氢能经济发展的关键技术难题之一就是氢能的储存,储氢希望达到两个目标：一是储存氢气紧密程度高；二是储放氢可逆性能好。因此,我们研究工作的重点在于研究和设计出理想的氮化铝基储氢材料,以及研究其储氢性质和微观机制。主要内容如下：采用密度泛函理论(DFT)下的广义梯度近似(GGA),对Li原子修饰的(AlN)n(n=12,24,36)纳米笼的储氢性质和微观机制进行了系统的研究。结果发现,当每个A1原子吸附一个H2分子,(AlN)n(n=12,24,36)纳米笼结合H2分子的平均吸附能分别为0.189、0.154、O.144eV/H2,储氢的质量密度均为4.7wt.%。同时发现,Li原子可以牢固的结合在(AlN)n(n=12,24,36)纳米笼表面的N原子上而没有发生团化效应,H2分子的极化和Li的2p轨道与H的s轨道的杂化,使得每个Li原子能够吸附2个H2分子,平均结合能分别为0.145、0.154、0.102eV/H2。因此,Li原子修饰的(AlN)n(n=12,24,36)纳米笼储氢质量密度高达7.7wt.%,接近美国能源部(DOE)2015年储氢质量密度为9wt.%的目标,而且H2分子的平均结合能在O.1-0.2eV/H2的范围内,有利于常温环境下的储存释放氢。当两个Lin-(AlN)n(n=12,24,36)纳米笼发生相互作用可能会形成新的团簇,这可能会降低其储氢能力。
【作者】王广钊；
【导师】陈洪；
【作者基本信息】西南大学，理论物理，2014，硕士
【关键词】氮化铝纳米笼；储氢；密度泛函理论；

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