鈣和二氧化鈦負載石墨烯儲氫性能的第一性原理研究.pdf

1、氫能作為一種清潔能源,由于其儲量豐富、無污染、利用率高等優(yōu)點,在能源危機日益嚴重的今天,是亟待開發(fā)利用的最重要二次能源之一。而氫能的儲存是氫能利用急需解決的關鍵問題之一。石墨烯因為其比表面積高、密度小而成為一種非常有潛力的儲氫介質(zhì)。對石墨烯進行金屬或金屬氧化物的修飾,可以顯著提高石墨烯的儲氫性能。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,系統(tǒng)研究了鈣及二氧化鈦負載石墨烯的儲氫性能。
　　對于鈣原子修飾的石墨烯,研究表明鈣原子吸

2、附在石墨烯上的穩(wěn)定構(gòu)型為√3×√3-300構(gòu)型,吸附在鈣原子上的第一個氫分子會分解為兩個氫原子,分解過程的能量勢壘僅為0.05eV。氫分子的分解行為影響后續(xù)氫分子的吸附,使得Ca負載的石墨烯通過物理吸附儲氫的儲氫性能降低。另一方面,解離的氫原子可以穩(wěn)定的吸附在石墨烯基底上,結(jié)合能比吸附在鈣原子上高0.37eV。隨著氫原子在石墨烯上吸附數(shù)量的增加,氫原子的結(jié)合能逐漸升高。因此Ca負載石墨烯上溢出機制儲氫的過程在能量上有利,通過溢出機制的儲

3、氫能力和Ca原子的負載量相關,最大可以接近7.7wt.％的儲氫量。
　　對于二氧化鈦納米團簇負載的石墨烯,二氧化鈦團簇通過C-O鍵化學吸附在石墨烯上。負載TiO2團簇附近的碳原子為氫原子的吸附提供成核位置,由于TiO2團簇的修飾,氫原子與石墨烯的結(jié)合能被很大的提升,達到2.8eV,比氫氣分子中氫原子的結(jié)合能更大。所以二氧化鈦納米團簇對于氫原子的吸附起催化中心的作用。當二氧化鈦團簇的吸附量為5wt.%時,系統(tǒng)儲氫量可以達到7.31w