離子交換型Mazzite及Levyne沸石儲氫性能的理論研究.pdf

1、理論計算可以獲得體系的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀熱力學(xué)性質(zhì)以及傳遞性質(zhì)，目前在化學(xué)、材料、生物和醫(yī)藥等領(lǐng)域起著越來越重要的作用。氫氣作為未來取代化石燃料最好的新潔凈能源之一，近年米氫能經(jīng)濟已被眾多國家提到發(fā)展日程上。多孔材料在氫氣儲存方面有著潛在的應(yīng)用價值，尤其是沸石材料因具有規(guī)則而均勻的孔道結(jié)構(gòu)，較大的孔容和比表面積，高的熱穩(wěn)定性，低廉的價格和優(yōu)異的儲氫性能而備受關(guān)注。本文采用巨止則系綜蒙特卡洛方法( GCMC)和分子動力學(xué)方法(MD)研究了氯氣

2、在Mazzite和Levyne沸石中的吸附和擴散忡能，并進一步應(yīng)用密度泛函理論方法對氫氣在上述兩類沸石中的吸附位點進行研究，旨在尋求沸石儲氫的微觀原因。
　　 本文的研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 根據(jù)無機晶體數(shù)據(jù)庫ICSD中Mazzite和Levyne沸石的XRD衍射數(shù)據(jù)，構(gòu)建了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型。進一步應(yīng)用Matenals Studio 4.1軟件包中Sorption模塊的Locate選項卡，分別在Mazzite和Levyn

3、e沸石中引入陽離子H+、Li+、Na+、K+、Mg2+和Caz+，建立不同的離子交換模型，采用GCMC方法，對氫氣在沸石中的吸附研究表明：Levyne沸石因具備較多的孔籠結(jié)構(gòu)，儲氫能力最高，其中Li-LEV沸石的的氫氣儲量最高(2.67 wt％)；而Mazzite沸石由于具有較大的十二元環(huán)孔道，儲氫過程中不能有效封裝氫氣，儲量相對于Levyne沸石較低。在Mazzite沸石中，Mg-MAZ沸石儲氫量最高(2.09 wt％)。計算結(jié)果表明

4、氫氣在各離子交換型Mazzite沸石中的吸附熱要高于其在Levyne沸石中的吸附熱。由此可知，吸附熱與氫氣的吸附量之間關(guān)聯(lián)性不大，而與沸石結(jié)構(gòu)關(guān)系較為緊密。此外，二價陽離子對氫氣的吸附能力明顯要強于—價陽離了。
　　 采用MD方法對氧氣在Mazzite和Levyne沸石中的的擴散進行了研究。
　　 計算的自擴散系數(shù)表明：Mazzite沸石在低溫區(qū)域較Levyne沸石的自擴散系數(shù)要大；隨著溫度升高，氫氣在Levyne沸石中

5、的自擴散系數(shù)超過Mazzite沸石。同樣，計算的擴散活化能表明，氫氣在Mazzite沸石中擴散的活化能要明顯高于在Levyne沸石中，由此可知，氫氣更易在Lenyne沸石中擴散。
　　 采用量子化學(xué)密度泛雨理論( DFT)計算研究了氫氣在Mauice和Levyne沸石中的吸附位點。氯氣在Mazzite沸石中主要吸附在十二元環(huán)和八元環(huán)位點的陽離子周圍：而在Levyne沸石中主要吸附在八元環(huán)和六元環(huán)的陽離子周圍；較小環(huán)周圍的陽離子由