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氢在自然界中储量丰富,具有燃烧后不污染环境的优点,因而被认为是新型能源的理想候选者。石墨烯是于2004年才被发现能够独立存在的碳质新材料,它是由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构,初步研究结果表明石墨烯是一种优良的储氢材料。
本文的主要工作在于:
1.采用Lennard-Jones势描述碳纳米管内各粒子间的相互作用,利用Linux搭建出适合Lammps运行的系统平台,通过Lammps构建出碳纳米管和石墨烯储氢的分子动力学模拟模型,并模拟了单壁碳纳米管和石墨烯吸附储氢。
2.在温度T=77K、压强P=65atm条件下,对扶手椅型单壁碳纳米管(5,5)、(8,8)、(10,10)、(12,12)吸附储氢过程进行模拟,根据模拟数据,算出上述四种碳纳米管的储氢质量分数均超过5.3wt%,其中扶手椅型单壁碳纳米管(5,5)的吸附量为6.8wt%,达到美国能源部2010年的储氢目标(6wt%)。
3.在温度T=77K、压强为85atm、110atm条件下,采用分子动力学方法对不同层数的石墨烯储氢进行模拟,通过编程计算画出储氢密度曲线,进而标定出吸附距离,并计算出单层和双层石墨烯吸附储氢量分别为5.8wt%和4.Twt%,由于双层的石墨烯密排使得有效比表面积减小,不利于氢气吸附,故储氢量反而比单层石墨烯的小。
4.根据石墨烯储氢模拟结果,对石墨烯储氢的几何特征进行了统计分析,得到吸附在石墨烯表面的氢分子动态分布图,发现氢分子在石墨烯周围的分布规律,即氢分子在石墨烯周围出现分层现象。