本文主要研究了碳纳米管的制备、储氢与其能带计算问题。 文中首先对纳米材料作一简介，然后综述了碳纳米管的结构、制备、物性、应用现状，最后阐述了“碳纳米管的制备、储氢与其能带计算”选题的意义。 碳纳米管具有着奇异的物理和化学性质，这与其几何结构是密切相关的。为了生动形象地揭示其结构，文中用分子静力学方法对碳纳米管结构进行了模拟计算。给出了扶手椅型、锯齿型和螺旋型三种单壁碳纳米管的三维立体结构。利用单壁碳纳米管的模拟结果，对多壁碳纳米管和管束的构型进行了组合模拟。模拟效果形象、逼真，为碳纳米管研究者带来了直观的效果。 文中利用等离子体电弧法进行了碳纳米管的制备研究。制备中，以石墨粉为原料，Fe/Co/Ni做催化剂，S为助长剂，H2/Ar和H2/He为缓冲气体，进行了多组实验。利用TEM、SEM检测设备对产品进行了检测。检测结果表明：制备碳纳米管的实验是成功的，为制备优质的碳纳米管奠定了良好的实验基础。 文中进行了碳纳米管的电化学储氢研究。整个实验是在中国科学院金属研究所完成的。用电化学方法将碳纳米管储氢，是把碳纳米管当作储氢负极，形成Ni-MH电池。实验中，对Ni-MH电池充放电的多个(有的达到50个)循环进行了测试，通过测量电池的充放电容量和能量，来分析碳纳米管的储氢性能。测试结果表明：相对每克碳纳米管，当充电电流为120mA时，电池容量可达126.368mA.h.g-1；而且电池放电非常平稳；放电平台利用率可高达97％。可见，碳纳米管是一种很有前途的储氢材料，本项研究为利用碳纳米管制做储氢电池提供了实验依据。 利用碳纳米管储氢是近年来纳米材料应用领域的一项热点内容。本文从Lennard-Jones势出发，借助于分子动力学(MD)方法，对单壁碳纳米管的储氢动态过程进行了模拟计算。首先，建立了H2分子之间和H2分子与C原子之间的作用势能模型，生动形象地描述了单壁碳纳米管的储氢行为；为了研究碳纳米管吸附氢后H2分子的分布情况，定义了碳纳米管的储氢密度和吸附半径，创新性地提出了碳纳米管的多层吸附机制，由此很好地解释了碳纳米管储氢的规律；由于势能模拟曲线往往缺少相应数学表达式的描述，因此文中对管外H2分子的势能曲线进行了拟合，找到了最佳参数，建立了管外统一形式的势能数学表达式，为碳纳米管的储氢研究提供了数学依据，目前还没有发现该成果的报道。 固体能带理论无疑是凝聚态物理中最成功的理论之一，是固体电子论的支柱。固体的许多基本物理性质，原则上都可以由固体的能带理论阐明和解释。因此，本文从紧束缚模型出发，利用量子理论和固体理论，推导了单壁碳纳米管中π电子的能带表达式。在此基础上，计算了π电子沿特殊方向的能带曲线，制作了彩色平面图、彩色立体图和等能线图，直观、形象地揭示了π电子能带在布里渊区的分布；计算了π电子在简约布里渊区具有高对称性点的有效质量和速度，这对研究碳纳米管的动力学和导电性问题具有一定的实际意义；有创意地推导了金属性和半导体性单壁碳纳米管的判据，得知碳纳米管的结构参数m、n只要满足条件m-n=±3J、2m+n=±3J、m+2n=±3J(J为整数)中的之一，则这种碳纳米管就是金属性的，否则是半导体性的，这对碳纳米管在电子学中的应用起到了理论指导作用；建立了椅型管沿圆周方向波矢的量子化公式，得出了π电子相应的能带表达式及其曲线，并进行了深入的分析和讨论，为研究椅型管的电子结构提供了必要的理论工具。