| 题名 | Sc修饰多孔石墨烯储氢性能的第一性原理研究 |
| 作者 | 王敬 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 陈玉红 |
| 关键词 | 第一性原理 Sc修饰 多孔石墨烯 储氢 B掺杂 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 碳纳米材料由于具有比表面积大、吸附动力学性能良好和可逆储氢等特点而广泛应用于固态储氢。多孔石墨稀是在实验上得以成功制备的少数二维碳材料之一,其表面有很多均匀分布的纳米孔,具有更高的比表面积,从而保证了高效的储氢。Sc是相对原子质量最轻的过渡金属原子,Sc原子修饰多孔石墨烯可能存在更大的储氢量。但是国内外关于Sc原子修饰多孔石墨烯的研究甚少,其吸附机理以及储氢量尚不明晰。本文运用密度泛函理论的广义梯度近似,对过渡金属元素Sc修饰多孔石墨烯（PG）的几何结构、吸附机理和储氢性能进行研究。通过对Sc修饰多孔石墨烯体系储氢性能的研究发现:单个Sc原子最稳定的吸附位置是碳环中心,周围最多可吸附4个H2分子,平均吸附能为-0.429 eV/H2。通过在体系的另一侧添加第二个Sc原子,可以有效提高体系的储氢能力。两个Sc原子位于多孔石墨烯异侧相邻碳环中心孔位时,储氢量可达9.09 wt.%,平均吸附能为-0.296 eV/H2,这是Sc-PG体系最适合储氢的结构。H2分子在Sc修饰PG体系的吸附主要是H,Sc,C原子之间的轨道相互作用和发生电荷转移后带负电的H2分子与带正电的Sc原子间的库仑吸引作用。研究Sc原子修饰B掺杂多孔石墨烯体系的储氢性能发现,单个Sc原子修饰B-PG的最稳定吸附位置为掺杂后的B-C六元环中心,吸附能为-4.004 eV,其周围最多可吸附5个H2分子,平均吸附能为-0.515 eV/H2。通过对体系的态密度图和电荷布居分析得到:H2分子在Sc-B/PG体系的吸附主要是H与Sc原子间的轨道相互作用,H2分子受到Sc原子以及B-PG之间的静电场影响而发生极化后,带负电的H2分子与带正电的Sc原子间的库仑吸引作用。Sc-B/PG体系储氢量最大的结构是两个Sc原子位于PG异侧的B-C六元环中心孔位,最多可吸附12个H2分子,储氢量为9.13 wt.%,平均吸附能为-0.225eV/H2。B原子掺杂可以提高Sc原子和H2分子在体系上的吸附能,有效防止Sc原子的团聚、提高储氢性能,过渡金属Sc修饰的B原子掺杂多孔石墨烯体系可能成为最具发展前景的储氢材料之一。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 46 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93442]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王敬. Sc修饰多孔石墨烯储氢性能的第一性原理研究[D]. 2018. |
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