钴修饰单壁碳纳米管的贮氢性能

本文利用密度泛函理论中的广义梯度近似系统地研究了Co原子修饰的(5,5)单壁碳纳米管(SWCNT)的贮氢性能.结果表明:Co原子以桥位的形式吸附于(5,5)SWCNT表面能量最低,在Co原子周围可以吸附3个完整的氢分子,Co原子的修饰提高了(5,5)SWCNT对氢分子的吸附能力.态密度图显示(5,5)SWCNT具有金属性,磁矩为0,Co-SWCNT和Co-SWCNT·n H_2(n=1-3)的磁矩为1μB,氢分子的吸附未改变体系的磁性.Co-SWCNT·3H_2的氢分子平均吸附能为0.51 e V,适中的吸附能有利于常温常压下实现可逆贮氢.     

Au(111)表面单个钴酞菁分子的去氢过程

利用低温超高真空扫描隧道显微镜对单个钴酞菁分子实现了选键化学反应.通过对吸附于Au(111)表面的单个钴酞菁分子外围H原子的"剪裁",并用实验图像和谱学方法,结合第一性原理理论计算研究了逐步去除钴酞菁分子8个外围H原子的过程.理论计算结果再现了实验中所观测到的分子空间构型的变化,并阐明了吸附体系中局域自旋的恢复和变化过程.     

碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能

基于第一性原理深入研究了碱金属原子(Li,Na,K)修饰的多孔石墨烯(PG)体系的储氢性能,并且通过从头算分子动力学模拟了温度对Li-PG吸附的H2分子稳定性的影响.研究结果表明,PG结构的碳环中心是碱金属原子最稳定的吸附位置,PG单胞最多可以吸附4个碱金属原子,Li原子被束缚最强,金属原子间无团聚的倾向;H2分子通过极化机制吸附在碱金属修饰的PG结构上,每个金属原子周围最多可以稳定地吸附3个H2分子;Li-PG对H2分子的吸附最强(平均吸附能为-0.246 eV/H2),Na-PG对H2分子的吸附较弱(平均吸附能为-0.129 eV/H2),K-PG对H2分子的吸附最弱(平均吸附能为-0.056 eV/H2),不适合用做储氢材料;在不考虑外界压强且温度为300 K的情况下,Li-PG结构可稳定地吸附9个H2分子,储氢量为9.25 wt.%;在400 K时,有7个吸附H2分子脱离Li-PG的束缚,在600-700 K的范围内,吸附H2分子全部脱离了Li-PG体系的束缚.     

Rb原子修饰缺陷h-BN单层储氢性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,系统的研究了碱金属Rb原子修饰具有空位缺陷h-BN单层体系的储氢性能.发现Rb原子可稳定吸附在h-BN单层的B单空位缺陷(V_B)上,且Rb原子间无团簇倾向,单个Rb原子最多可稳定吸附5个H₂分子,H₂分子平均吸附能在0.18-0.21 eV范围内.电子结构分析表明H2分子主要通过极化机制和轨道杂化作用吸附在Rb修饰的缺陷h-BN单层体系上.Rb双侧修饰缺陷h-BN单层体系的理论储氢质量比可以达到5.0 wt%.基于范特霍夫方程和从头算分子动力学(AIMD)模拟对储氢体系的热力学稳定性进行了进一步的研究.     

二氧化硫在改性BC_3表面的吸附特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法观察修饰不同原子(Mo,Pt,Si)来调控BC_3体系的表面结构和反应活性.研究发现:单个原子吸附在BC_3表面具有不同的稳定位,Pt和Si原子吸附在H1位稳定,而Mo原子吸附在H2位稳定.单个原子在完整结构BC_3表面的扩散势垒较小,而掺杂的原子在单空位缺陷BC_3体系中具有极高的稳定性( 6.5 eV),这些掺杂原子显正电性能够有效地调制BC_3体系的电子结构、磁性以及影响二氧化硫(SO_2)的吸附强弱.与Pt原子掺杂的BC_3体系(Pt-BC_3)相比,单个SO_2分子在Si-和Mo-BC_3体系上的吸附能较大,表现出较高的灵敏特性.该研究为设计类石墨烯基功能纳米材料提供参考.     

NH3分子在LiH(100)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理方法研究了NH3分子在LiH(100)晶面的表面吸附情况. 通过研究LiH(100) /NH3体系的吸附位置、吸附能和电子结构,发现NH3分子在Li3N (100)晶面主要是化学吸附,初始位置为NH3分子中N-H键在Li顶位时失去一个H原子,并在LiH(110)面形成NH2基,其吸附能为0.511 eV,属于强化学吸附,吸附作用最强. 此时NH2基与附近H原子和Li原子之间为离子键作用,NH2基中N—H键为共价键;NH3分子中另一个H原子与LiH表面的一个H原子形成一个H2分子逸出表面. H2分子中H-Ｈ键为明显的共价键.     

碱金属钠原子修饰硅原子团簇的结构及储氢性能研究

提出碱金属钠原子修饰笼形Si_6团簇的结构模型,采用密度泛函理论(DFT)研究钠原子修饰笼形Si_6团簇的结构及储氢性能.研究结果表明,氢分子与笼形Si_6团簇表面相互作用很弱,氢分子在其表面容易脱附.采用钠原子修饰笼形Si_6团簇后可有效避免氢分子的脱附,并且钠原子在笼形Si_6团簇的表面不发生团聚,有利于氢分子在其表面吸附和循环利用.研究发现在两个钠原子修饰笼形Si_6团簇的结构中,每个钠原子可以有效吸附六个氢分子.计算得到Na2Si_6团簇结构储氢的质量分数高达10.08 wt%,且氢分子的平均吸附能约为0.837 kcal/mol.可见,实现钠原子修饰笼形Si_6团簇结构在常温常压条件下储氢是有可能的.     

锂原子修饰碳原子链团簇的结构和储氢性能研究

利用密度泛函理论研究锂原子修饰线型碳原子链团簇Li2Cm(m=2—8)的结构及其储氢性能. 结果表明, Li原子可键合于碳链团簇的两端,Li原子本身不发生团聚,氢在Li2Cm (m=2—8)中能以分子形式吸附,每一个Li原子最多可吸附5个氢分子,氢分子的平均吸附能为0.460 ~ 2.276 kcal.mol-1. 其中Li原子修饰C2团簇的质量储氢分数最大,为34.72 wt%,表明了它在常温常压条件下作为储氢材料的可行性.     

锂原子修饰硼原子链团簇的结构和储氢性能研究

采用密度泛函方法对锂原子修饰线型硼原子链团簇Li2Bn(n=2~8)的结构及其储氢性能进行理论研究. 结果显示, Li原子可键合于硼链团簇的两端,氢能以分子形式吸附在Li原子周围, 每一个Li原子最多可吸附4个氢分子, 氢分子的平均吸附能为2.020 ~ 2.832 kcal.mol-1. 其中Li原子修饰B2小团簇的质量储氢分数最大,为31.24 wt%,表明在常温常压条件下它有可能成为一种潜在的储氢媒介.     

锂原子修饰硼原子链团簇的结构和储氢性能研究

采用密度泛函方法对锂原子修饰线型硼原子链团簇Li_2B_n(n=2~8)的结构及其储氢性能进行理论研究.结果显示,Li原子可键合于硼链团簇的两端,氢能以分子形式吸附在Li原子周围,每一个Li原子最多可吸附4个氢分子,氢分子的平均吸附能为2.020~2.832 kcal.mol~(-1).其中Li原子修饰B2小团簇的质量储氢分数最大,为31.24 wt%,表明在常温常压条件下它有可能成为一种潜在的储氢媒介.     

气体分子在Co-BN表面吸附的第一性原理研究

采用包含色散力校正的密度泛函理论(DFT-D)方法系统地研究了气体分子(O2, H2, NO, CO, CO2, SO2, H2S, H2O)在Co掺杂单层BN(Co-BN)表面的吸附, 分析了吸附小分子的几何结构, 吸附能, 电荷转移等情况. 结果表明: 1) CO等气体分子主要吸附在Co及其近邻六元环的顶位, 吸附结构的电荷转移表明掺杂原子Co对BN衬底的气敏特性有较好的调制作用; 2) 在Co-BN表面吸附的O2和CO较易被活化, 表明Co-BN可能是一种对CO氧化有较好催化活性的新型催化材料.     

Li原子修饰笼型Si6团簇的结构和储氢性能

利用杂化密度泛函B3LYP方法, 在6-311+G(d, p)基组水平上对Si6和Li修饰的Si6团簇的几何结构和电子性质及储氢性能进行模拟计算和理论研究. 结果表明, Si6团簇最低能量构型为笼型结构, 纯Si6团簇不能有效吸附氢分子. Li原子的引入显著改善了Si6团簇的储氢能力. 以两个Li原子端位修饰Si6团簇为载体, 其氢分子的平均吸附能为1.692~2.755 kcal/mol, 每个Li原子周围可以有效吸附五个氢分子, 储氢密度可达9.952wt%. 合适的吸附能和较高储氢密度表明Li修饰Si6团簇有望成为理想的储氢材料.     

Li原子修饰笼型Si_6团簇的结构和储氢性能

利用杂化密度泛函B3LYP方法,在6-311+G(d,p)基组水平上对Si_6和Li修饰的Si_6团簇的几何结构和电子性质及储氢性能进行模拟计算和理论研究.结果表明,Si_6团簇最低能量构型为笼型结构,纯Si_6团簇不能有效吸附氢分子.Li原子的引入显著改善了Si_6团簇的储氢能力.以两个Li原子端位修饰Si_6团簇为载体,其氢分子的平均吸附能为1.692~2.755 kcal/mol,每个Li原子周围可以有效吸附五个氢分子,储氢密度可达9.952 wt%.合适的吸附能和较高储氢密度表明Li修饰Si_6团簇有望成为理想的储氢材料.     

电场中LiF分子吸附H_2的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了电场中H_2在LiF分子上的吸附行为.结果表明,无电场时,H_2能在Li与F原子上形成弱的物理吸附.外加电场可显著提高其吸附强度, H_2在Li/F上的吸附能由无电场时的-0.112/-0.122eV提高到场强为0.005 a. u.时的-0.122/-0.171 eV, H_2吸附在F上时更稳定.利用分子中的原子量子理论(QTAIM)方法研究了电场增强吸附的机理,表明电场促进了H_2与LiF间的电荷转移,同时使LiF及H_2极化,增强了其间的静电作用,从而提高了吸附强度.电场中LiF最多能吸附10个H_2,相应的质量密度达43.5 wt%.表明电场诱导LiF材料吸附H_2是一种具有潜力的储氢方法.     

CLi+5超碱团簇的结构及储氢性能的理论研究

利用密度泛函理论( B3LYP) 方法，在 6 - 311 + + G ( d,p) 基组水平上，对超碱团簇 CLi₅及其阳离子体系 CLi₅⁺的几何结构和稳定性等物理化学性质进行理论计算，并进一步研究它们的储氢性能． 分析可知，CLi₅⁺超碱离子团簇结构相比中性 CLi₅团簇结构动力学稳定性要高，表面吸氢能力更强． 氢分子在 CLi₅⁺表面能以介于物理吸附与化学吸附之间的形式吸附，每个 Li 原子最多可以有效吸附三个 H₂，平均吸附能处于 1. 065 ～ 2. 732 k Cal/mol 范围内，储氢质量分数可达 39. 30 wt % ，表明 CLi₅⁺超碱离子团簇可以作为一种理想的储氢材料．     

Titanium-decorated carbon nanotubes as a potential high-capacity hydrogen storage medium

We report a first-principles study, which demonstrates that a single Ti atom coated on a single-walled nanotube (SWNT) binds up to four hydrogen molecules. The first H2 adsorption is dissociative with no energy barrier while the other three adsorptions are molecular with significantly elongated H-H bonds. At high Ti coverage we show that a SWNT can strongly adsorb up to 8 wt % hydrogen. These results advance our fundamental understanding of dissociative adsorption of hydrogen in nanostructures and suggest new routes to better storage and catalyst materials.     

平面星形Li_6Si_6团簇的结构及其储氢性能研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究平面星形Li_6Si_6团簇的结构及其储氢性能.结果表明,氢分子能在平面星形Li_6Si_6团簇表面发生吸附,每个Li原子周围均可有效吸附三个氢分子,结构的稳定性及合适的吸氢条件表明平面星形Li_6Si_6团簇在常温常压条件下可以作为储氢媒介.     

TiC-和TiN-(001)表面吸附性能的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论系统研究了碳化钛(TiC)和氮化钛(TiN)非极性(001)表面吸附气体分子和原子的性能。鉴于这些材料拥有不同的电子结构特征,发现受电子的CO分子或未饱和的O和H原子在TiC(001)和TiN(001)表面吸附于不同的活性位点,而供电子的NH3和H2O气体分子或完全饱和的O2和H2分子仅倾向与两个表面的金属原子位点结合。这些吸附特性可能与此类材料表面的电子结构有关。     

若干具有[（PO4）4Mo6^VO15]^12^-簇骼的化合物的光谱研究

Five novel organic-molybdenum phosphates with [(PO4)4Mo6(V)O15]12- cluster, Na x (H4TETA)3 x (H3O)5 x {Zn[(HPO4)2(PO4)2Mo6O15]2} (2), (H2en)7 x (H3O)4 x {Cu[(HPO4)2(PO4)2Mo6O15]2} x H2O (3), (H3DETA)2 x (H3O)3 x {Co0.5[(HPO4)2(PO4)2Mo6O15]} x H2O (4), [Co(H3TETA)]2{Co0.5[(HPO4)(PO4)3Mo6O15] x 3.5H2O (5) and (H3DETA) x (H3O)4 x {Co1.5 [(HPO4)2(PO4)2Mo6O15]} x 0.5H2O (6), have been synthesized. The relationship between their properties and structures was studied by using FTIR, NIR FT-Raman, UV-Vis DRS and fluorescence etc. In these compounds, every two [(PO4)4Mo6O15] clusters are coordinated by a metal atom to form a {M[(PO4)4Mo6O15]2} dimer. In compound 2, 3 and 4, {M[(PO4)4Mo6O15]2} dimers are hydrogen-bonded by the organic molecules and water molecules to form a three-dimensional expended framework, respectively. In compound 5 and 6, {Co[(PO4)4Mo6O15]2} dimers are coordinated by [Co(H3TETA)] groups and [CoO4] tetrahedra to form a network, respectively. These characteristic vibrational frequencies of the molybdenum phosphates are related to the structure of these compounds. Three characteristic bands in UV-Vis DRS spectra of these compounds have to be attributed to the absorptions of O(d) --> Mo, O(mu) --> Mo and O --> M charge transfer, respectively. These compounds exhibit strong fluorescence emission bands at about 410 nm when excited by 240 nm, which are caused by O(mu) --> Mo charge transfer.     

NO在金属Be_n(n=2-12)团簇表面的平行吸附

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA),对Be_nNO (n=2-12)团簇进行了构型优化,稳定性和电子性质分析.结果表明:从n=3开始,Be_nNO的基态均为NO分子平行吸附于主团簇Be_n某一表面时形成的,此时N-O键自然断裂(N-O键伸长量均超过了100%),而N端吸附于Be-Be桥位的结构仅是Be_nNO (n=2-12)团簇的一个亚稳态结构.成键性质分析表明,NO平行吸附时,N,O原子倾向于同时吸附于近邻的三个Be原子面位,相应的Be_n团簇表现出了很好的吸附能力.此时N, O原子的sp~3轨道杂化出现的孤对电子对N-O键的断裂产生了重要影响.