【摘 要】
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化石燃料的过度开采引发了严重的能源危机,温室气体的排放导致全球环境日益恶化。因此开发无污染、可再生的新能源是人类面临的紧迫任务。氢具有环境友好性、丰度高和能量密度高等优点,被认为是未来最有前景的能量载体之一。然而,要实现氢能源的大规模使用,特别是用于车载应用之前,安全有效的储存技术是一个需要克服的重大挑战。由于固态存储的安全性、能源效率和储氢密度都很高,因此它是一种可行的储氢方式,且有物理储氢和化
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化石燃料的过度开采引发了严重的能源危机,温室气体的排放导致全球环境日益恶化。因此开发无污染、可再生的新能源是人类面临的紧迫任务。氢具有环境友好性、丰度高和能量密度高等优点,被认为是未来最有前景的能量载体之一。然而,要实现氢能源的大规模使用,特别是用于车载应用之前,安全有效的储存技术是一个需要克服的重大挑战。由于固态存储的安全性、能源效率和储氢密度都很高,因此它是一种可行的储氢方式,且有物理储氢和化学储氢两种方式。储氢容量和结合强度是评估储氢材料性能的关键指标。就储氢容量而言,它应该尽可能地高。结合强度决定充放氢动力学,在环境温度下可逆存储需要的最佳氢吸附能大约-0.2 e V/H2,这个结合强度介于典型的物理吸附和化学吸附之间。到目前为止,还没有发现任何一个体系能达到令人满意的储氢性能,因为氢分子与主体材料的相互作用要么太弱,要么太强。开发一种有效的存储介质是氢作为能量载体的重大挑战,设计具有中等吸氢能力的材料是解决问题的关键。在本文中,我们使用密度泛函理论研究了超碱NLi4在h-BN上的修饰和储氢性能。NLi4团簇可以稳定地结合在BN片上,结合能为-1.43e V。由于NLi4团簇具有很强的稳定性,因此使用超碱进行修饰可有效改善金属原子在基底上的团聚,并且用超碱取代碱金属原子也为H2吸附提供了更多空间。由于Li+的半径小,吸附在底部Li+阳离子上的H2分子发生了极化,但是顶部Li+上的H2分子则通过将多余的电子反馈到H2分子的σ*反键轨道上而被吸附。每个NLi4可以吸附9个H2分子,其吸附能约为-0.20 e V/H2。然后,我们设计了修饰密度(NLi4/BN)为1:8和1:6的两种不同构型,计算表明,在NLi4/BN=1:8时,H2的吸附能为-0.19 e V/H2,储氢密度为7.44 wt%;在NLi4/BN=1:6时,H2的吸附能为-0.18e V/H2,储氢密度为9.40 wt%。我们还通过考虑熵效应研究了在修饰的金属阳离子上可逆H2吸附的最佳存储条件。结果表明,超碱NLi4修饰的h-BN具有较高的存储容量,是一种很有前途的储氢材料。
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