氢能作为一种高燃值、洁净、可再生的新型能源,是未来能源的首选。然而阻碍氢能被广泛利用的关键问题是储氢。碳纳米材料由于具有多孔及轻质的优点,使其具有储氢优势。其中碳纳米管的中空结构,氢能以分子状态存在,并可通过改变碳纳米管直径来增加它的储氢量,而碳纳米卷可以通过调节层间距来增大储氢量,碳纳米卷侧面开缝具有快速充、放氢的优越性。　　 本文用蒙特卡洛方法首先对直线型的碳纳米卷和碳纳米管储氢进行计算,并将结果与已有文献进行对比,证明整个建模和计算方法是正确的,然后建立各种不同夹角的Y型碳纳米卷和碳纳米管模型,从结构上说明其稳定性,再对其进行储氢量计算,研究结果和创新点如下:　　 (1)层间距为3.40(A)的碳纳米卷储氢量较低,在77 K时最大储氢量仅为1.90wt％;而直径为40.68(A)的碳纳米管在77 K时最大储氢量为4.35 wt%,接近实际应用要求(5.5 wt%)。　　 (2)发现Y型碳纳米卷/管结构优化稳定后,在分叉处出现较多碳原子的五元环和七元环,且在这些环状结构上形成许多悬键,这些悬键可通过吸附氢原子而消除,这与实验观测相吻合。　　 (3)发现60°夹角的Y型碳纳米卷/管和120°夹角的Y型碳纳米卷/管在分叉处形成的悬键远比90°夹角的T型碳纳米卷/管的悬键多,因此储氢量也较高。Y型的碳纳米卷/管在低温下最大储氢量可分别达到5.2 wt%和11 wt%左右,满足美国能源部提出的储氢目标(5.5 wt%)。　　 (4)60°、90°和120°三种不同夹角的Y型碳纳米卷/管在具有相同的直径和层间距的情况下储氢量都分别高于直线型碳纳米卷/管。　　 (5)碳纳米卷/管在77K、150K时储氢量明显高于293K,因此在实际应用中可以选择在150 K左右的温度下,用具有树状的碳纳米卷/管来储氢效率较高。