摘要：氢能是一种新的理想含能体能源，具有清洁、高效、安全、可持续的优点，被视为21世纪最具进展潜力的清洁能源。但是要将氢能进行大规模的商业运用，需要寻找一种在温和条件下能够可逆地吸放氢，并且体积储氢量和质量储氢密度都较大的材料。目前虽然人们对储存氢气的材料进行了大量的探讨，并取得了一些成果，但是都不能达到美国能源部（DOE）所设定的目标，不能运用于实际的储氢。本论文主要通过基于第一性原理的策略，对过渡金属原子修饰在C_(6-n)B_nH_6六元环上的结构(C_(6-n)B_nH_6)M (M=Sc，Ti，n=0~4)进行了论述计算，对(C_(6-n)B_nH_6)M的结构及其储氢性质进行探讨。我们的计算结果显示当B原子不断取代苯环上C原子后，类苯环的结构发生变形，使得过渡金属原子与C原子之间的相互作用增强，类苯环的结构与过渡金属原子之间的结合能增大。B原子的掺入，同时使得(C_(6-n)B_nH_6)M结构中过渡金属原子上的正电性增加。考虑到过渡金属原子易于团聚的性质，我们选取比金属体材料结合能大的结构进行储氢性质的探讨。探讨结果显示(C_(6-n)B_nH_6)M是通过过渡金属原子与H_2分子之间形成Kubas化合物进行储氢的，吸附在过渡金属原子上的H_2分子键长较独立的H_2分子键长有所伸长。对于(C_(6-n)B_nH_6)Sc结构，我们选取(C_4B_2H_6)Sc，(C_3B_3H_6)Sc和(C_2B_4H_6)Sc这三个结构进行讨论，计算结果表明(C_4B_2H_6)Sc、(C_3B_3H_6)Sc的结构分别可以吸附5个和4个H_2分子，质量储氢密度可以分别达到7.7wt%和6.3wt%。这两个结构吸附氢气的平均吸附能大约为12-14kJ/mol，将其作为储氢材料的基本单元，该材料可以满足储氢材料的要求。对于(C_(6-n)B_nH_6)Ti结构，我们选取(C_4B_2H_6)Ti，(C_3B_3H_6)Ti和(C_2B_4H_6)Ti这三个结构进行讨论，计算结果表明(C_4B_2H_6)Ti、(C_3B_3H_6)Ti和(C_2B_4H_6)Ti的结构分别可以吸附5、4和5个H_2分子，质量储氢密度可以分别达到7.5wt%、6.2wt%和7.7wt%。同时我们对(C_(6-n)B_nH_6)M进行了电子结构浅析，解释了B原子掺入类苯环C_(6-n)B_nH_6的结构中使得过渡金属原子与C_(6-n)B_nH_6之间结合能增大的理由，并得到了(C_(6-n)B_nH_6)M可以吸附不同个数H_2分子与过渡金属原子的未占据价层轨道个数有关。依据我们的探讨结果，我们认为(C_(6-n)B_nH_6)M可以作为设计储氢材料的基本单元，以实现能够在温和的条件下可逆地吸放氢，以及可以达到所要求的重量和体积储氢量的目标，对此进行了简要的论述和概括。本论文的探讨结果对过渡金属原子修饰纳米结构的储氢材料的设计和实验探究具有一定的指导作用。关键词：储氢材料论文(C_(6-n)B_nH_6)M多层结构论文结构与稳定性论文结合能密度泛函论述论文
摘要3-5
Abstract5-10
1 绪论10-18
1.1 探讨作用与背景10
1.2 储氢材料的探讨近况10-18
1.2.1 高压压缩气态储氢11
1.2.2 低温液化液态储氢11
1.2.3 金属氢化物储氢11
1.2.4 配位氢化物储氢11-12
1.2.5 多孔吸附纳米储氢材料12-16
1.2.6 硼基纳米材料16-18
2 论述基础与计算策略18-28
2.1 Schr dinger方程与三个基本近似18
2.2 Hartree-Fock论述18-19
2.3 以头计算策略(Ab initio Methods)19-20
2.4 组态相互作用和多体微扰论述20-22
2.4.1 组态相互作用20-21
2.4.2 多体微扰论述21-22
2.5 基组22-23
2.6 密度泛函论述(DFT)和交换相关能泛函23-26
2.6.1 Hohenberg-Koho定理23
2.6.2 Kohn-Sham方程23-25
2.6.3 交换相关能泛函25-26
2.7 BSSE 校正26-28
3 (C(6-n)B_nH_6)Sc团簇结构与储氢性质的第一性原理探讨28-40
3.1 引言28
3.2 计算策略28-29
3.3 结果与讨论29-37
3.3.1 (C(6-n)B_nH_6)Sc（n=0-4）的几何结构29-31
3.3.2 (C(6-n)B_nH_6)Sc 结构中 C(6-n)B_nH_6与 Sc 原子之间的结合能31-34
3.3.3 (C(6-n)B_nH_6)Sc 结构的储氢性质34-37
3.4 结论37-40
4 (C(6-n)B_nH_6)Ti 团簇结构与储氢性质的第一性原理探讨40-50
4.1 计算策略40
4.2 结果与讨论40-47
4.2.1 (C(6-n)B_nH_6)Ti（n=0 - 4）的几何结构40-43
4.2.2 (C(6-n)B_nH_6)Ti 结构中 C(6-n)B_nH_6与 Ti 原子之间的结合能43-44
4.2.3 (C(6-n)B_nH_6)Ti 结构的储氢性质44-47
4.3 结论47-50
结论50-52
致谢52-54
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