B12C6N6團(tuán)簇及其擔(dān)載堿金屬的儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、尋找可再生環(huán)境友好型綠色能源已經(jīng)迫在眉睫，氫能以其資源豐富、無(wú)污染和熱值高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是最有潛質(zhì)的化石燃料替代者之一。實(shí)現(xiàn)氫能的大規(guī)模應(yīng)用，必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一是氫的安全高效儲(chǔ)運(yùn)。與高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫相比固體儲(chǔ)氫材料在其儲(chǔ)氫密度、儲(chǔ)存效率與安全方面更有優(yōu)越性。人們對(duì)許多固體材料的儲(chǔ)氫性能做了大量研究，但是目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種固體儲(chǔ)氫材料能夠完全滿足實(shí)際使用的要求，因?yàn)樗粌H需要有高的存儲(chǔ)密度和良好的動(dòng)力學(xué)性能而且還要

2、能夠長(zhǎng)期循環(huán)使用。因此，尋找性能優(yōu)良的固體儲(chǔ)氫材料是解決氫儲(chǔ)存問(wèn)題的關(guān)鍵。納米材料具有表面積大，電子結(jié)構(gòu)獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)，它們的儲(chǔ)氫性能被廣泛的研究。最近我們研究了非化學(xué)計(jì)量比的B12C6N6籠的穩(wěn)定性和電子結(jié)構(gòu)，它的穩(wěn)定性與純碳和氮化硼籠相當(dāng)，但它是一個(gè)特殊的缺電子體系。在本文中，我們研究了H2分子在B12C6N6團(tuán)簇上的吸附與解離以及Li擔(dān)載的B12C6N6團(tuán)簇的儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明：H2分子在B12C6N6籠的表面是弱的物理吸附，吸附能約

3、為0.03 eV。而H2分子在解離過(guò)程與團(tuán)簇發(fā)生強(qiáng)的軌道相互作用，因此可以很容易地發(fā)生解離。我們首先確定了穩(wěn)定的解離產(chǎn)物，用反應(yīng)路徑跟蹤詳細(xì)的研究了從不同分子吸附結(jié)構(gòu)開(kāi)始的解離過(guò)程。給出了四個(gè)解離能壘最低的路徑，最低解離能壘為0.35 eV，這就意味著解離可以在常溫下進(jìn)行。對(duì)于Li擔(dān)載的B12C6N6團(tuán)簇，我們研究了其幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)氫性能。Li原子與團(tuán)簇有很強(qiáng)的相互作用，可分散吸附在團(tuán)簇表面上，最穩(wěn)定的結(jié)合位為富碳的B3C3、

4、B3C2N和B2C2環(huán)。B12C6N6團(tuán)簇中C的2p軌道是部分占據(jù)的，Li原子擔(dān)載之后轉(zhuǎn)移它的價(jià)電子到這些空軌道上，形成了很強(qiáng)的結(jié)合，結(jié)合能為2.90 eV，遠(yuǎn)大于塊體Li的內(nèi)聚能1.63 eV，因此防止了Li原子的聚集。失去電子后Li原子帶正電荷，吸附的H2分子在Li+離子的電場(chǎng)作用下被有效極化。計(jì)算表明，每個(gè)Li+可以吸附2-3個(gè)H2分子，吸附能在0.21-0.24 eV/H2之間。B12C6N6Li8可以吸附16個(gè)H2分子，存儲(chǔ)密