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shocker

金虫 (小有名气)

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[资源] H2分子在碱金属掺杂碳纳米管上的吸附特性

采用密度泛函理论研究了H2 在碱金属（M ＝ Li ，K）掺杂的扶手椅型单壁碳纳米管上的吸附．对于碱金属管内掺杂，模拟了4 种氢吸附构型；对于管外掺杂，考虑了两种吸附结构，同时还考虑了两种不同的掺杂浓度．所有吸附模型都进行了全优化．计算结果表明，碱金属掺杂后，碱金属与碳纳米管之间发生电子授受作用使得碱金属带正电荷，对于金属Li ，管内掺杂更有利于电子向碳纳米管转移；与管内掺杂相比，Li 原子的管外掺杂更有利于H2 分子吸附．碱金属管外掺杂的碳纳米管吸附H2 的最稳定结构，存在碱金属原子与H2 分子的配位作用。
氢能被认为是有希望在２１世纪得到广泛应用的新能源之一．近２０年来，氢能技术的研究取得了很大的进展，但尚未成熟．氢气的储存是使用氢能必须克服的难题之一．目前储氢方法有气态储存、液氢储存、金属氢化物储存、有机物储存和在多孔吸附剂上的吸附储存等．吸附储存是很具竞争力的储氢方法，其中吸附材料是关键．１９９７年，Dillon 等报道碳纳米管（Carbon nanotubes ，CNT）可以作为高效的新型储氢材料，从而在国际上掀起了碳纳米管储氢研究的热潮．现有的研究结果表明，虽然碳纳米管储氢能力极有希望达到美国能源部（DOE）标准（即材料储氢质量分数为６畅５％），但在常温常压下，纯净碳纳米管的储氢量很难达到现实储氢要求．
对于掺杂碳纳米管、存在缺陷以及化学改性或金属修饰后的碳纳米管，其吸附储氢能力显著增强．对碱金属掺杂的碳纳米管，其掺杂物质可与碳管发生相互作用而产生诱导偶极作用，期待其在储氢方面可以降低化学吸附能，并避免高压低温的苛刻条件，有望达到实际储氢要求．１９９９年，Chen 等报道了用碱金属盐修饰的碳纳米管（K＋ ‐CNTs）在常温常压下吸氢量为１４％，Li＋ ‐CNTs 在常温常压下吸氢量为２０％．其后有不少科研工作者重复了上述实验，但是得到的结果却相差甚远．
可见，碱金属掺杂碳纳米管的储氢机制和氢吸附结构有待于进一步研究．Liu 等采用局域密度近似LDA 方法研究在（８，０）锯齿型单壁碳纳米管外掺杂Li 后H２的吸附，计算得到的储氢量可达到１３畅４５％．本文将Li ，K 掺杂到扶手椅型碳纳米管的内、外管壁，用自洽场密度泛函理论（SCF‐DFT）探究其氢吸附结构，期待对碳纳米管的氢吸附特性有更全面和深入的认识．

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