2.3.1 Material Studio.10

      2.3.2 Vienna Ab–initio Simulation Package.10

第三章 计算及结果分析.11

   3.1  氢气的分离.11

   3.2  氢气的存储.14

      3.2.1 金属的掺杂15

      3.2.2 氢气的吸附21

第四章 总结与展望..29

第五章 致谢..30

第六章 参考文献.31

第一章 绪论

1.1  引言

传统的化石能源：煤、油石和天然气，一直支撑着我们世界的能源消耗。但是这些能源的日益枯竭，以及燃料燃烧对环境造成的严重污染，已经严重影响了经济的发展和人类居住的环境。寻找一种清洁的、可再生的绿色新能源是新世纪可持续发展战略的重要组成部分。目前，被探知的新能源包括：风能、太阳能、生物能、核能、地热能海洋能和氢能等。

氢能被视为当今最有潜力的替代能源，有如下几个优点：1）氢是宇宙中储量最丰富的元素，取之不尽，用之不竭；2）氢的热值高；3）氢气燃烧产物是水，对环境无污染，而且水还可以再分解成氢气，从而循环利用；4）氢的储运方式多，可以是气态、液态和固态，而且氢气的无毒和高挥发性也保证了氢能利用的安全性。论文网

氢能的利用首先要从制氢开始，一般工业制氢都会产生一氧化碳、甲烷、二氧化碳和氢气的混合气体。所以将氢气从混合气体中分离出来是氢能利用的关键技术之一。当氢气从混合气体中分离出来之后，其存储也是一项关键的技术。目前传统的储氢方式包括：加压气态存储、低温液态存储和金属氢化物存储等。这些传统的存储方式都有较大的缺陷。加压气态存储效率低，对容器的要求特别高，导致运输成本高，安全性也得不到保障。通过高压氢气绝热膨胀可以将氢气转化成液态存储，但是这样稍有热量从外界渗入容器，氢气就会快速沸腾而损失。即使是真空绝热储槽，液态氢也很难长时间存储。液氢在容器内存在分层，必须要搅拌装置或者热传导装置才能防止储罐因为热分层而破裂，这样无形中提高了存储成本。金属氢化物存储技术就是用金属与氢气反应生成金属氢化物而将氢气存储和固定。我们直到纯金属可以大量吸附氢气，但是为了方便使用，一般要通过合金来改善吸放氢气的条件。作为储氢材料的合金必须满足：吸氢能力强；平衡氢压适当；吸放氢快，滞后小；传热性能好，不易粉化；对氧气和水等杂质敏感性小等[1]。但是符合这些条件的合金都有致命的缺陷，比如成本高、寿命短、抗腐蚀性差、对环境污染大等等。

根据理想储氢材料的具体标准，美国能源部在综合考虑世界经济与环境因素的同时，制定了一个长期的规划：符合实际应用的最小储氢质量比为6.5 wt.%、体积比为45g/L，而最经济的氢气的分解温度应该在60 ℃到120 ℃之间[2]。

1.2  碳基纳米材料用于氢气吸附与分离的研究现状

第二章  理论计算基础

2.1  第一性原理

广义的第一性原理是指一切基于量子力学原理的计算。我们目前知道组成物质的最小单元是原子核和核外电子。量子力学计算就是根据原子核和电子的相互作用原理去计算分子结构和分子能量（或离子），然后就能分析物质的各种性质。

狭义的第一性原理计算指从头算（ab initio），它是指不使用经验参数，只用电子质量、光速和质子中子质量等少数实验数据去做计算。但是这个计算很慢，所以就加入一些经验参数，可以大大加快计算速度，当然也会不可避免的牺牲计算精度。文献综述