铝团簇阴离子吸附与解离H2的理论研究

摘要

随着对未来能源资源的不断关注,全球的二氧化碳生产量以及全球气候变暖的影响,促使社会寻找一种可以代替化石燃料的能源,并去改善清洁能源的技术。氢能源作为最理想的能源载体具有许多优点:如清洁、高效、安全、可循环利用,而且可以避免对环境的不利影响。对于没有自然资源的国家可以减少对进口石油的依赖。氢气被誉为21世纪的绿色能源,在未来新能源的研究中扮演着重要的角色。现今实现氢能源大规模使用的最大难点在于氢能的储存。因此,寻找一种理想的储氢材料已成为研究的热点。目前还没有一种材料能同时满足高的储存密度和良好的热力学及储放动力学性能。通过研究H2分子与材料的相互作用及解离的机制对于寻找高性能的储氢材料具有重要意义。
　　本文利用高精度从头计算方法对H2分子在Al7-和Al8-阴离子团簇上的吸附及解离过程进行研究。首先对设计的各种Al7-和Al8-阴离子团簇的结构进行完全优化,选择能量最低的结构作为吸附体,对H2在其表面的不同吸附方式进行非限制完全优化,并详细考察了H2分子在Al7-表面的解离过程;最后分析了各结构的态密度,并与实验得到的光电子能谱进行比较。
　　结果表明H2分子在Al7-和Al8-上为弱的物理吸附,吸附能分别为0.02eV和0.01eV。利用不同方法确认Al7-解离吸附的结构是惟一的,解离过程的能垒约为0.75eV。对各团簇及解离吸附结构的态密度与实验得到的光电子能谱的比较表明二者能够很好地符合,确定实验中观测到了H2分子在Al7-上的解离吸附。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 氢能源

1.2.1 氢能的优越性

1.2.2 氢能的制取

1.2.3 氢能的储运

1.3 储氢材料

1.3.1 储氢材料概述

1.3.2 储氢材料分类

1.4 课题选择的意义及研究内容

参考文献

第二章 理论基础

2.1 分子轨道方法

2.1.1 薛定谔方程与三个基本近似

2.1.2 Hartree-Fock方程

2.1.3 Hartree-Fock-Roothaan方程

2.1.4 电子相关

2.2 密度泛函理论（DFT）

2.2.1 Thomas-Fermi模型

2.2.2 Hohenberg-Kohn定理

2.2.3 Kohn-Sham方程

2.2.4 交换相关泛函

2.3 基函数的选取

2.4 过渡态理论概述

2.4.1 振动频率的计算

2.4.2 过渡态理论

2.4.3 过渡态计算

2.5 Gaussian软件

参考文献

第三章 H2在Aln-团簇解离吸附的理论研究

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 Al7-和Al8-团簇的结构

3.3.2 H2在Al7-和Al8-团簇上的分子吸附

3.3.3 H2在Al7-上的解离吸附

3.3.4 态密度及光电子能谱

3.4 结论

参考文献

第四章 总结与展望

附录：

致谢