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首先,阐述了研究碳纳米管储氢的意义,指出碳纳米管是一种很有前途的储氢材料。 其次,分析了碳纳米管的结构和吸附特性,回顾和总结了碳纳米管储氢的实验和理论研究进展。 然后,设计了三种碱金属掺杂方案,并采用巨正则蒙特卡罗(GCMC-Grand Canonical Monte Carlo)方法系统地研究了常温和中等压强下碱金属掺杂单壁碳钠米管阵列(Alkali-doped SWCNTA-Alkali-doped Single Walled Carbon Nanotube Array)的物理吸附特性。计算结果表明,采用碱金属掺杂能够有效地提高碳纳米管阵列的物理吸附储氢量,掺杂的实际效果则与碱金属的掺杂位置密切相关,并给出了最佳的掺杂方案。通过分析碱金属掺杂碳纳米管的电子结构,以及掺杂前后碳纳米管阵列中势场分布的变化,给出了碱金属掺杂能够有效提高碳纳米管阵列储氢量的定性和定量解释。进而讨论了储氢量的表征方式,指出氢分子数密度比重量百分比能够更为合理地表征碱金属掺杂碳纳米管的储氢量。 最后,通过同步改变Alkali-doped SWCNTA的管径和管间距,研究了结构和尺寸对其物理吸附储氢的影响。计算结果显示,采用最佳的掺杂方案,并合理地控制SWCNTA的结构与尺寸,可使Alkali-doped SWCNTA在常温和中等压强下的物理吸附储氢量,达到和超过美国能源部制定的2015年研究目标。