理论计算可以获得体系的微观结构、宏观热力学性质以及传递性质,目前在化学、材料、生物和医药等领域起着越来越重要的作用。氢气作为未来取代化石燃料最好的新洁净能源之一,近年来氢能经济已被众多国家提到发展日程上。多孔材料在氢气储存方面有着潜在的应用价值,尤其是沸石材料因具有规则而均匀的孔道结构,较大的孔容和比表面积,高的热稳定性,低廉的价格和优异的储氢性能而备受关注。本文采用巨正则系综蒙特卡洛方法(GCMC)和分子动力学方法(MD)研究了氢气在Mazzite和Levyne沸石中的吸附和扩散性能,并进一步应用密度泛函理论方法对氢气在上述两类沸石中的吸附位点进行研究,旨在寻求沸石储氢的微观原因。本文的研究内容和结论如下：根据无机晶体数据库ICSD中Mazzite和Levyne沸石的XRD衍射数据,构建了相应的结构模型。进一步应用Materials Studio 4.1软件包中Sorption模块的Locate选项卡,分别在Mazzite和Levyne沸石中引入阳离子H+、Li+Na+、K+、Mg2+和Ca2+,建立不同的离子交换模型。采用GCMC方法,对氢气在沸石中的吸附研究表明：Levyne沸石因具备较多的孔笼结构,储氢能力最高,其中Li-LEV沸石的的氢气储量最高(2.67 wt%)；而Mazzite沸石由于具有较大的十二元环孔道,储氢过程中不能有效封装氢气,储量相对于Levyne沸石较低。在Mazzite沸石中,Mg-MAZ沸石储氢量最高(2.09 wt%)。计算结果表明氢气在各离子交换型Mazzite沸石中的吸附热要高于其在Levyne沸石中的吸附热。由此可知,吸附热与氢气的吸附量之间关联性不大,而与沸石结构关系较为紧密。此外,二价阳离子对氢气的吸附能力明显要强于一价阳离子采用MD方法对氢气在Mazzite和Levyne沸石中的扩散进行了研究。计算的自扩散系数表明：Mazzite沸石在低温区域较Levyne沸石的自扩散系数要大；随着温度升高,氢气在Levyne沸石中的自扩散系数超过Mazzite沸石。同样,计算的扩散活化能表明,氢气在Mazzite沸石中扩散的活化能要明显高于在Levyne沸石中,由此可知,氢气更易在Levyne沸石中扩散。采用量子化学密度泛函理论(DFT)计算研究了氢气在Mazzite和Levyne沸石中的吸附位点。氢气在Mazzite沸石中主要吸附在十二元环和八元环位点的阳离子周围；而在Levyne沸石中主要吸附在八元环和六元环的阳离子周围；较小环周围的阳离子由于受到骨架的排斥作用和空间位阻作用,不能稳定存在；阳离子裸露程度越高,与氢气分子作用力越强。此外,氢气分子与阳离子的结合能与H-H键及其振动频率密切相关。