H2的自由扩散和吸附状态的对比研究

戴伟; 肖明; 李志浩; 唐永建

doi:10.7498/aps.61.016801

摘要

运用巨正则Monte Carlo方法, 模拟了H2在自由扩散状态下及碳纳米管吸附状态下的分布, 对H2的自由扩散和吸附状态进行了对比研究. 研究表明: 77 K和2 MPa下, (30, 30)扶手椅型碳纳米管质量储氢密度为3.74%, 77 K和10 MPa下, 质量储氢密度为7.4%. 吸附状态的H2分子主要汇聚在碳纳米管内外两个壁面.

关键词:

The Monte Carlo method of grand canonical ensemble is used to simulate the adsorption process of hydrogen storage in carbon nanotube. Results show that the hydrogen storage capacity of (30,30) armchair carbon nanotubes is 3.74 wt% at 77 K and 2 MPa and at 77 K 7.4 wt% and 10 MPa. H2 molecules are distributed mainly at the surface of carbon nanotube.

Keywords:

hydrogen storage /
carbon nanotube /
Monte Carlo of a grand canonical ensemble

作者及机构信息

1.
湖北第二师范学院物理与电子信息学院, 武汉 430205;

2.
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 绵阳 621900;

3.
中国科学院武汉物理与数学研究所, 武汉 430071

基金项目: 湖北省教育厅科学技术研究项目(批准号: B20113002)和湖北第二师范学院重点学科建设经费资助的课题.

Authors and contacts

1.
Department of Physics and Electronics, Hubei University of Education, Wuhan 430205, China;

2.
Research Centre of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China;

3.
Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China

Funds: Project supported by the Science and Technology Research Program of the Education Department, Hubei Province, China (Grant No. B20113002), and Hubei University of Education Leading Academic Discipline Project.

参考文献

[1]	Chen P, Xiong Z, Luo J, Lin J, Tan K L 2002 Nature 420 301
[2]	Schlapbach L, Züttel A 2001 Nature 414 353
[3]	Yang Q Y, Zhong C L 2005 J. Phys. Chem. B 109 11862
[4]	Jung D H, Kim D, Lee T B, Choi S B, Yoon J H, Kim J, Choi K, Choi S H 2006 J. Phys. Chem. B 110 22987
[5]	Dinca M, Yu A F, Long J R 2006 J. Am. Chem. Soc. 128 8904
[6]	Ward M D 2003 Science 300 1104
[7]	XuW, Tao Z L, Chen J 2006 Prog. Chem. 18 200 (in Chinese) [许炜, 陶占良, 陈军 2006 化学进展 18 200]
[8]	Cao D, Feng P, Wu J 2004 Nano Lett. 4 1489
[9]	Pan L, Sander M B, Huang X, Li J, Smith M, Bittner E, Bockrath B 2004 J. Am. Chem. Soc. 126 1308
[10]	Zheng H, Wang S Q, Cheng H M 2005 Acta Phys. Sin. 54 4852 (in Chinese) [郑宏, 王绍青, 成会明 2005 54 4852 ]
[11]	Yi S P, Zhang H Y, Ouyang Y, Wang Y H, Pang J S 2006 Acta Phys. Sin. 55 2644 (in Chinese) [易双萍, 张海燕, 欧阳玉, 王银海, 庞晋山 2006 55 2644]
[12]	Zhang X L, Huang Z, Chen B, Ma H F, Gao G Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 4039 (in Chinese) [张秀兰, 黄整, 陈波, 麻焕锋, 高国强 2007 56 4039 ]
[13]	Dai W, Tang Y J, Wang C Y, Sun W G 2009 Acta Phys. Sin. 58 7313 (in Chinese) [戴伟, 唐永建, 王朝阳, 孙卫国 2009 58 7313]
[14]	Dai W, Luo J S, Tang Y J, Wang C Y, Chen S J, Sun W G 2009 Acta Phys. Sin. 58 1890 (in Chinese) [戴伟, 罗江山, 唐永建, 王朝阳, 陈善俊, 孙卫国 2009 58 1890]
[15]	Shao X H, Wang W C, Xue R S, Shen Z M 2004 J. Phys. Chem. B 108 2970
[16]	Kabbour H, Bumann T F, Satcher J H, Saulnier A, Ahn C C 2006 Chem. Mater. 18 6085.
[17]	Kowalczyk P, Holyst R, Terrones M, Terrones H 2007 Phys. Chem. Chem. Phys. 9 1786
[18]	Chambers A, Park C, Terry R, Baker K, Rodriguez M N 1998 J. Phys. Chem. B 102 4253
[19]	Chen P, Wu X, Lin J, Tan K L 1999 Science 285 91
[20]	Dillon A C, Jones K M, Bekkedahl T A, Kiang C H, Bethune D S, Heben M J 1997 Nature 386 377
[21]	Ritschel M, Uhlemann M, Gutfleisch O, Leonhardt A, Graff A 2002 Appl. Phys. Lett. 80 2985
[22]	Bezus A G, Kiselev A V, LoPatkin A A, Du P 1978 J. Chem. Soc. 74 367
[23]	Kiselev A V, LoPatkin A A, Shulga A A 1985 Zeolites 5 261
[24]	Vlugt T J H, Krishna R, Smit B 1999 J. Phys. Chem. B 103 1102
[25]	Halgren T A 1992 J. Am. Chem. Soc. 114 7827
[26]	Cheng J, Yuan X, Zhao L, Huang D, Zhao M, Dai L, Ding R 2004 Carbon 42 2019
[27]	Cheng J, Zhang L, Ding R, Ding Z, Wang X, Wang Z 2007 Int. J. Hydrogen Energy 32 3402

施引文献

[1]	Chen P, Xiong Z, Luo J, Lin J, Tan K L 2002 Nature 420 301
[2]	Schlapbach L, Züttel A 2001 Nature 414 353
[3]	Yang Q Y, Zhong C L 2005 J. Phys. Chem. B 109 11862
[4]	Jung D H, Kim D, Lee T B, Choi S B, Yoon J H, Kim J, Choi K, Choi S H 2006 J. Phys. Chem. B 110 22987
[5]	Dinca M, Yu A F, Long J R 2006 J. Am. Chem. Soc. 128 8904
[6]	Ward M D 2003 Science 300 1104
[7]	XuW, Tao Z L, Chen J 2006 Prog. Chem. 18 200 (in Chinese) [许炜, 陶占良, 陈军 2006 化学进展 18 200]
[8]	Cao D, Feng P, Wu J 2004 Nano Lett. 4 1489
[9]	Pan L, Sander M B, Huang X, Li J, Smith M, Bittner E, Bockrath B 2004 J. Am. Chem. Soc. 126 1308
[10]	Zheng H, Wang S Q, Cheng H M 2005 Acta Phys. Sin. 54 4852 (in Chinese) [郑宏, 王绍青, 成会明 2005 54 4852 ]
[11]	Yi S P, Zhang H Y, Ouyang Y, Wang Y H, Pang J S 2006 Acta Phys. Sin. 55 2644 (in Chinese) [易双萍, 张海燕, 欧阳玉, 王银海, 庞晋山 2006 55 2644]
[12]	Zhang X L, Huang Z, Chen B, Ma H F, Gao G Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 4039 (in Chinese) [张秀兰, 黄整, 陈波, 麻焕锋, 高国强 2007 56 4039 ]
[13]	Dai W, Tang Y J, Wang C Y, Sun W G 2009 Acta Phys. Sin. 58 7313 (in Chinese) [戴伟, 唐永建, 王朝阳, 孙卫国 2009 58 7313]
[14]	Dai W, Luo J S, Tang Y J, Wang C Y, Chen S J, Sun W G 2009 Acta Phys. Sin. 58 1890 (in Chinese) [戴伟, 罗江山, 唐永建, 王朝阳, 陈善俊, 孙卫国 2009 58 1890]
[15]	Shao X H, Wang W C, Xue R S, Shen Z M 2004 J. Phys. Chem. B 108 2970
[16]	Kabbour H, Bumann T F, Satcher J H, Saulnier A, Ahn C C 2006 Chem. Mater. 18 6085.
[17]	Kowalczyk P, Holyst R, Terrones M, Terrones H 2007 Phys. Chem. Chem. Phys. 9 1786
[18]	Chambers A, Park C, Terry R, Baker K, Rodriguez M N 1998 J. Phys. Chem. B 102 4253
[19]	Chen P, Wu X, Lin J, Tan K L 1999 Science 285 91
[20]	Dillon A C, Jones K M, Bekkedahl T A, Kiang C H, Bethune D S, Heben M J 1997 Nature 386 377
[21]	Ritschel M, Uhlemann M, Gutfleisch O, Leonhardt A, Graff A 2002 Appl. Phys. Lett. 80 2985
[22]	Bezus A G, Kiselev A V, LoPatkin A A, Du P 1978 J. Chem. Soc. 74 367
[23]	Kiselev A V, LoPatkin A A, Shulga A A 1985 Zeolites 5 261
[24]	Vlugt T J H, Krishna R, Smit B 1999 J. Phys. Chem. B 103 1102
[25]	Halgren T A 1992 J. Am. Chem. Soc. 114 7827
[26]	Cheng J, Yuan X, Zhao L, Huang D, Zhao M, Dai L, Ding R 2004 Carbon 42 2019
[27]	Cheng J, Zhang L, Ding R, Ding Z, Wang X, Wang Z 2007 Int. J. Hydrogen Energy 32 3402

[1]	林旖旎, 马立, 杨权, 陈涛. 径向压缩碳纳米管的电子输运性质. , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211370
[2]	马丽娟, 韩婷, 高升启, 贾建峰, 武海顺. 单缺陷对Sc, Ti, V修饰石墨烯的结构及储氢性能的影响. , 2021, 70(21): 218802. doi: 10.7498/aps.70.20210727
[3]	元丽华, 巩纪军, 王道斌, 张材荣, 张梅玲, 苏俊燕, 康龙. 碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能. , 2020, 69(6): 068802. doi: 10.7498/aps.69.20190694
[4]	周晓锋, 方浩宇, 唐春梅. 三明治结构graphene-2Li-graphene的储氢性能. , 2019, 68(5): 053601. doi: 10.7498/aps.68.20181497
[5]	尹跃洪, 徐红萍. 电场诱导(MgO)₄储氢的理论研究. , 2019, 68(16): 163601. doi: 10.7498/aps.68.20190544
[6]	林怀俊, 朱云峰, 刘雅娜, 李李泉, 朱敏. 非晶态合金与氢相互作用的研究进展. , 2017, 66(17): 176105. doi: 10.7498/aps.66.176105
[7]	祁鹏堂, 陈宏善. Li修饰的C24团簇的储氢性能. , 2015, 64(23): 238102. doi: 10.7498/aps.64.238102
[8]	尹跃洪, 陈宏善, 宋燕. 电场诱导(MgO)12储氢的从头计算研究. , 2015, 64(19): 193601. doi: 10.7498/aps.64.193601
[9]	赵银昌, 戴振宏, 隋鹏飞, 张晓玲. 二维Li+BC3结构高储氢容量的研究. , 2013, 62(13): 137301. doi: 10.7498/aps.62.137301
[10]	沈超, 胡雅婷, 周硕, 马晓兰, 李华. 单壁碳纳米管低温及常温下储氢行为的模拟计算研究. , 2013, 62(3): 038801. doi: 10.7498/aps.62.038801
[11]	颜克凤, 李小森, 孙丽华, 陈朝阳, 夏志明. 储氢笼型水合物生成促进机理的分子动力学模拟研究. , 2011, 60(12): 128801. doi: 10.7498/aps.60.128801
[12]	叶佳宇, 刘亚丽, 王靖林, 何垚. Zr催化剂对NaAlH4和Na3AlH6可逆储氢性能的影响. , 2010, 59(6): 4178-4185. doi: 10.7498/aps.59.4178
[13]	侯泉文, 曹炳阳, 过增元. 碳纳米管的热导率:从弹道到扩散输运. , 2009, 58(11): 7809-7814. doi: 10.7498/aps.58.7809
[14]	戴伟, 唐永建, 王朝阳, 孙卫国. 自制吸附仪储氢性能测试研究. , 2009, 58(10): 7313-7316. doi: 10.7498/aps.58.7313
[15]	刘秀英, 王朝阳, 唐永建, 孙卫国, 吴卫东, 张厚琼, 刘淼, 袁磊, 徐嘉靖. 单壁BN纳米管和碳纳米管物理吸附储氢性能的理论对比研究. , 2009, 58(2): 1126-1131. doi: 10.7498/aps.58.1126
[16]	欧阳玉, 彭景翠, 王慧, 易双萍. 碳纳米管的稳定性研究. , 2008, 57(1): 615-620. doi: 10.7498/aps.57.615
[17]	柏鑫, 王鸣生, 刘洋, 张耿民, 张兆祥, 赵兴钰, 郭等柱, 薛增泉. 碳纳米管端口的场蒸发. , 2008, 57(7): 4596-4601. doi: 10.7498/aps.57.4596
[18]	张助华, 郭万林, 郭宇锋. 轴向磁场对碳纳米管电子性质的影响. , 2006, 55(12): 6526-6531. doi: 10.7498/aps.55.6526
[19]	唐元洪, 林良武, 郭池. 多壁碳纳米管束储氢机理的X射线吸收谱研究. , 2006, 55(8): 4197-4201. doi: 10.7498/aps.55.4197
[20]	郑宏, 王绍青, 成会明. 微孔对单壁纳米碳管储氢性能的影响. , 2005, 54(10): 4852-4856. doi: 10.7498/aps.54.4852

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