苯基修飾的碳納米管的儲氫及氘與雙壁碳納米管碰撞反應(yīng).pdf

1、近年來碳納米以獨(dú)特的性能和誘人的應(yīng)用前景，吸引了眾多科研工作者的關(guān)注。1997年，Dilion等人發(fā)現(xiàn)了單壁碳納米管具有很好的儲氫特性，為了更好的利用氫氣作為不污染環(huán)境的清潔能源，碳納米管的儲氫研究成了人們研究的熱點(diǎn)。盡管目前有些實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果是比較令人興奮的，已經(jīng)接近或超過了美國能源部(DOE)制定的氫發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)(重量效率達(dá)到6.5wt[％]，體密度達(dá)到62KgH<,2>/m<'3>)，但是很多實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果表明，在近期和中期，這一

2、目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。因此，在碳納米管儲氫研究領(lǐng)域中仍有很多問題亟待解決。如不同研究組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差很大；理論研究與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果不吻合等。為了解決這些問題，必須對儲氫機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的探索，只有明確了氫在碳納米管中的存儲機(jī)制才能從根本上澄清碳納米管儲氫的種種疑問。 隨著高性能計(jì)算機(jī)的開發(fā)，計(jì)算機(jī)模擬在今天的科學(xué)研究中起著重要的作用，成為繼理論和實(shí)驗(yàn)之后，研究物質(zhì)世界的第二大工具，是溝通理論與實(shí)驗(yàn)的橋梁，不僅可以輔助實(shí)驗(yàn)，而且可以得到一些實(shí)

3、驗(yàn)無法測量的結(jié)構(gòu)，并能深入揭示所研究系統(tǒng)的內(nèi)在行為機(jī)制。在研究碳納米管的儲氫性能中，計(jì)算機(jī)模擬成為最重要的一種研究手段，豐要的模擬方法有巨正則蒙特卡羅方法、從頭算法(ab-nitio)以及采用經(jīng)驗(yàn)勢的分了動力學(xué)模擬方法。 本論文采用分子動力學(xué)模擬方法研究了苯修飾碳納米管的儲氫以及雙壁碳納米管與氘原予的碰撞反應(yīng)。論文共分為兩部分，第一部分介紹了進(jìn)行研究工作的理論基礎(chǔ)，第二部分介紹了本人在攻讀碩士學(xué)位期間所作的工作。豐要內(nèi)容如下：

4、 1．研究工作的理論基礎(chǔ) 從頭算法和分了動力學(xué)模擬是計(jì)算機(jī)計(jì)算和模擬的兩種重要方法。從頭算法是從量子力學(xué)第一原理出發(fā)，通過自恰迭代求解薛定諤方程，可以預(yù)測材料的各種微觀性質(zhì)；采用經(jīng)驗(yàn)勢場的分了動力學(xué)模擬程序簡單，計(jì)算速度快，能處理較大的體系，是研究工作者從事材料設(shè)計(jì)、物性研究的有力工具。在第二章里介紹了從頭算法和分了動力學(xué)模擬的基本原理、積分算法等，并對Brenner經(jīng)驗(yàn)勢和Langevin分了動力學(xué)進(jìn)行了簡要的介紹。第

5、二章介紹了氫能源的性質(zhì)、存儲方法以及碳納米管的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。 2．苯殘基修飾碳納米管的儲氫 論文的第四章研究了苯殘基修飾的碳納米管的儲氫情況。能量為50eV的苯分子沿著垂直于碳納米僻軸向的方向射向碳納米管，與其碰撞后化學(xué)吸附在碳納米管上。我們分析了苯分了與碳納米管碰撞后的產(chǎn)物，并對它的儲氫特性進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)在相同的條件下，普通的碳納米管與苯殘基修飾的碳納米管的儲氫重量百分比分別為3.9％和4.73％，這說明苯的

6、修飾增加了碳納米管的儲氫能力。 3．氘與雙壁碳納米管的相互作用 第五章介紹了低能的氘原了與雙壁碳納米管的碰撞反應(yīng)。具有一定能量的氘原了朝著碳納米管管壁上一個(gè)碳六環(huán)運(yùn)動，由于入射能量和碰撞點(diǎn)的不同，我們發(fā)現(xiàn)五種碰撞產(chǎn)物：(a)氘原了被反彈回去；(b)氘原了吸附在雙壁碳納米管的外壁上；?氘原了吸附在外管(10，10)管的內(nèi)壁上；(d)氘原子吸附在內(nèi)管(5，5)管的內(nèi)壁上；(e)氘原了進(jìn)入(5，5)管內(nèi)部，并且被捕