第一性原理研究电场下金属修饰和元素掺杂对石墨炔(graphyne)储氢性质的影响

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:yyslzm2007
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石墨炔(graphyne)是一种新颖的、被预测有较大形成可能性的碳的同素异形体。其中碳原子的杂化类型有两类,分别是sp和sp2。石墨炔(graphyne)特殊的结构性质使其在储氢领域有很大的应用前景。本论文基于密度泛函理论的第一性原理,对在电场下吸附金属和掺杂相邻轻元素的石墨炔(graphyne)的结构和性质进行了系统的理论研究。主要的研究成果概括如下:1、利用第一性原理方法,我们研究了过渡金属Ti吸附在石墨炔(graphyne)表面的结构性质和电子性质。通过计算结合能,我们发现Ti吸附在H1位(十二元环的空位)最为稳定。通过分析电子性质,进一步验证了Ti吸附在H1位的稳定性。我们采用不同强度的电场(O.000~0.014a.u.)考察电场强度对Ti修饰的石墨炔(graphyne)储氢性质的影响。综合分析电场下Ti修饰的石墨炔(graphyne)的储氢行为,我们发现随电场强度的增大吸附能增大,H-H键长增大。2、基于第一性原理研究了在不同电场强度下B/N掺杂的石墨炔(graphyne)的储氢行为。比较B/N掺杂的石墨炔(graphyne)的形成能,我们发现其中的Nb,Bf (N替代b位的C,B取代f位的C),BbNo (B替代b位的C,N取代。位的C),BaNe(B替代a位的C,N取代e位的C)和NaBg(N替代a位的C, B取代g位的C)四种共掺杂结构较容易形成(替代位标注见图4-1)。通过动力学计算,得知B/N掺杂的石墨炔(graphyne)的结构是稳定的。当吸附一个氢气时,随电场强度的增加,吸附能急剧增加。当电场强度为0.038a.u.时,吸附能最大,其值为0.47eV。另外,氢气吸附在NbBf的吸附能随电场强度的变化比氢气吸附在BbNo, BaNe和NaBg的吸附能增加的快。
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