偶氮苯分子因具有独特的可逆光致顺反异构化转变特性,而成为光储热领域的重要潜在材料。但是传统的偶氮苯单分子的顺反异构体的能极差只有0.58 eV,同时其亚稳态顺式结构的能量势垒只有0.93 eV,无法满足光储热材料对于高能量和高稳定性的存储要求。研究表明通过控制偶氮苯的取代基并在碳纳米材料表面形成有序排列结构,可形成不同的分子间和分子内作用力以及空间位阻,有望实现顺反结构能极差的调控,从而实现偶氮苯-碳纳米杂化材料的高能光热存储。本文选择具有不同取代基(羧基、羟基、甲氧基、硝基等)的偶氮苯为光响应分子,通过共价键合作用排列在二维石墨烯表面,形成光储热分子模型。通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法计算在石墨烯表面的偶氮苯的顺反异构体的能级,从而得到其单分子理论储能密度。研究了分子间距、取代基电子效应、分子内/间作用力以及连接方式对其储能密度的影响。计算结果显示偶氮苯在石墨烯表面可形成多个分子间氢键和较大空间位阻,增大了顺反异构体的能极差,提高了偶氮苯的储热密度。该能量随偶氮苯的分子间距的增大而降低,当两分子间距为4.25?时,分子具有最高的储热密度。更重要的是,反式与顺式偶氮苯的分子间氢键数量差是提高光储热密度的重要因素。当反式结构比顺式结构的氢键数量多时,反式构型越稳定(处于较低的能级),其储热密度就越大。由于反式结构比顺式结构多2个分子间氢键,2-羟基-4-羧基-2’,6’-二甲氨基-偶氮苯-石墨烯杂化分子的储热密度达到3.74 eV,比2’,6’-二甲氧基-偶氮苯-石墨烯(分子氢键数量变化为0)高173.0%。同时反式结构中的氢键越强,分子的热稳定性越大,其顺反异构体的能极差越大。基于偶氮苯-石墨烯杂化材料分子模型的构建与计算,为设计并制备高能量、高稳定以及可调控光储热材料奠定了分子结构基础。