【摘 要】
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寻找安全、高效的室温储氢材料是氢能利用的关键,也是当前新能源领域中倍受关注的热点课题.金属有机骨架(MOF)和二维多孔碳结构是极具潜力的纳米多孔储氢材料,它们具有优良的多孔性质和大的比表面积,拥有物理吸氢的先天优势.此外,氢气制成后如何与其他杂质气体分离亦是相当重要的问题,MOF和多孔石墨烯(PG)拥有规则的孔径分布,可作为气体分离的过滤膜.采用第一性原理和巨正则系综蒙特卡罗方法,我们探索了各种修
【机 构】
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南京理工大学理学院,南京210094
【出 处】
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第十二届国际凝聚态理论与计算材料学会议(The 12th International Conference on Con
论文部分内容阅读
寻找安全、高效的室温储氢材料是氢能利用的关键,也是当前新能源领域中倍受关注的热点课题.金属有机骨架(MOF)和二维多孔碳结构是极具潜力的纳米多孔储氢材料,它们具有优良的多孔性质和大的比表面积,拥有物理吸氢的先天优势.此外,氢气制成后如何与其他杂质气体分离亦是相当重要的问题,MOF和多孔石墨烯(PG)拥有规则的孔径分布,可作为气体分离的过滤膜.采用第一性原理和巨正则系综蒙特卡罗方法,我们探索了各种修饰方案对上述材料氢气吸附与分离性能影响的物理规律.结果表明,MOF结构内嵌富勒烯可以大大提到储氢材料的体积吸氢性能,强调可逆储氢的现实利用中体积吸氢能力的重要性,而内嵌富勒烯和金属Li修饰的IRMOF-1O能够获得理想的近环境温度储氢质量比和体积比,进一步研究了MOF嵌套结构的氢气分离和存储性能,发现嵌套结构可以显著提高H2从C02、CO、CH4混合气体分离的效率,通过Li修饰有机桥连单元,可以大大改善储氢材料的质量和体积吸氢性能.此外,采用B或N元素替代掺杂,调节PG的孔径大小,极大提高了H2对C02、CO、CH4气体的透过选择性,通过B掺杂PG,实现了金属Li和Ca在PG上的有效吸附,避免了实验上容易产生的团聚现象,这种原子形式分布的Li、Ca修饰的B掺杂PG在室温条件下储氢量均超过美国能源部5.5wt％的新标准.
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