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储氢提纯和氢网络的耦合优化

化工学报 2020年第3期71卷 1143-1153页

作者：李开宇刘桂莲西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

基于氢网络的集成以及AB5型储氢材料LaNi4.75Fe0.25及LaNi4.85Al0.15的特性,对储氢提纯在氢网络中的应用进行研究。综合考虑LaNi4.75Fe0.25及LaNi4.85Al0.15储氢/放氢动力学,建立了储氢提纯氢网络的优化方法,根据单位质量储氢材料提纯... 详细信息

基于氢网络的集成以及AB5型储氢材料LaNi4.75Fe0.25及LaNi4.85Al0.15的特性,对储氢提纯在氢网络中的应用进行研究。综合考虑LaNi4.75Fe0.25及LaNi4.85Al0.15储氢/放氢动力学,建立了储氢提纯氢网络的优化方法,根据单位质量储氢材料提纯的节氢能力和公用工程节省量与提纯参数的关系,确定最优提纯氢源浓度、最大公用工程节省量、储氢材料量和吸氢时间。用该方法对某炼厂氢网络和储氢提纯单元进行优化,结果表明,最优提纯氢源浓度为70%,提纯后公用工程可节省23.72%;LaNi4.85Al0.15作为储氢提纯材料优于LaNi4.75Fe0.25,其消耗量为991.26kg。

关键词：储氢提纯优化氢源浓度氢网络

储氢笼型水合物生成促进机理的分子动力学模拟研究

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物理学报 2011年第12期60卷 640-647页

作者：颜克凤李小森孙丽华陈朝阳夏志明中国科学院广州能源研究所中国科学院广州天然气水合物研究中心中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室广州510640 中国科学院研究生院北京100049 呼伦贝尔职业技术学院呼伦贝尔021008

用分子动力学(MD)模拟方法研究水合物法储氢的促进机理,系统研究纯H2水合物、H2+四氢呋喃(THF)水合物、H2+四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物和H2+四异戊基溴化铵(TiAAB)半笼型水合物的微观结构及性质.模拟分析客体与笼子之间的稳定能ΔE... 详细信息

用分子动力学(MD)模拟方法研究水合物法储氢的促进机理,系统研究纯H2水合物、H2+四氢呋喃(THF)水合物、H2+四丁基溴化铵(TBAB)半笼型水合物和H2+四异戊基溴化铵(TiAAB)半笼型水合物的微观结构及性质.模拟分析客体与笼子之间的稳定能ΔEGH,得出水合物中大笼子对稳定水合物起到主要作用.THF进入大笼子能促进H2水合物稳定,降低H2水合物形成压力,模拟结果与实验一致.模拟对比不同客体在大笼子中的ΔEGH值,得出从小到大的顺序依次为TiAAB,TBAB,THF,H2.模拟结果表明半笼型水合物的稳定性比结构Ⅱ型水合物强,同时得出H2+TiAAB半笼型水合物的结构最稳定.MD模拟为TiAAB成为一种水合物新型促进剂和新型储氢材料提供了理论依据.

关键词： H2笼型水合物分子动力学模拟储氢半笼型水合物

A2B7型La0.3Y0.7Ni3.4–xMnxAl0.1储氢合金微观结构和电化学性能研究

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无机材料学报 2020年第5期35卷 549-555页

作者：郑坤罗永春邓安强杨洋张海民兰州理工大学材料学院兰州730050 兰州理工大学有色金属先进加工与再利用省部共建国家重点实验室兰州730050

采用真空电弧熔炼和均匀化退火制备La0.3Y0.7Ni3.4-xMnxAl0.1(x=0~0.5)储氢合金,采用不同方法系统研究了Mn元素对合金微观结构、储氢和电化学性能的影响规律和作用。结果表明,退火合金微观组织与Mn含量关系密切,提高Mn含量有利于合金组... 详细信息

采用真空电弧熔炼和均匀化退火制备La0.3Y0.7Ni3.4-xMnxAl0.1(x=0~0.5)储氢合金,采用不同方法系统研究了Mn元素对合金微观结构、储氢和电化学性能的影响规律和作用。结果表明,退火合金微观组织与Mn含量关系密切,提高Mn含量有利于合金组织形成Ce2Ni7型相,当x≥0.3时,合金形成Ce2Ni7型结构单相组织。随Mn含量增加, Ce2Ni7型主相晶胞参数a、c及晶胞体积V均依次增大,导致合金吸氢平台压从0.079 MPa降至0.017 MPa,储氢量达到1.268wt%~1.367wt%。添加Mn元素能显著改善合金的电化学性能,x=0.1的合金电极的放电容量最高(390.4 mAh·g^-1);x=0.15和0.5的合金电极的容量保持率S100分别为86.1%和88.5%,具有较好的循环稳定性。上述合金电极的高倍率放电性能HRD900为71.53%~87.73%。分析结果表明,合金电极反应动力学过程由电极/溶液界面的电子转移与体相中的氢原子扩散共同控制。

关键词： La-Y-Ni系合金 Mn元素替代储氢电化学性能

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储氢研究进展

化学进展 2006年第2期18卷 200-210页

作者：许炜陶占良陈军南开大学新能源材料化学研究所天津300071

氢能是21世纪主要的新能源之一。作为一种新型的清洁能源,氢的廉价制取、安全高效储存与输送及规模应用是当今研究的重点课题,而氢的储存是氢能应用的关键。储氢材料能可逆地大量吸放氢,在氢的储存与输送过程中是一种重要载体。本文综... 详细信息

氢能是21世纪主要的新能源之一。作为一种新型的清洁能源,氢的廉价制取、安全高效储存与输送及规模应用是当今研究的重点课题,而氢的储存是氢能应用的关键。储氢材料能可逆地大量吸放氢,在氢的储存与输送过程中是一种重要载体。本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料与技术,如高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、化学氢化物储氢、吸附储氢、金属有机骨架储氢等,比较了各种储氢的优缺点,并指出其相关发展趋势。

关键词：储氢金属氢化物配位氢化物碳纳米管金属有机骨架

单缺陷对Sc,Ti,V修饰石墨烯的结构及储氢性能的影响

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物理学报 2021年第21期70卷 391-400页

作者：马丽娟韩婷高升启贾建峰武海顺山西师范大学化学与材料科学学院磁性分子与磁信息材料教育部重点实验室临汾041000

寻找稳定高效的储氢材料是实现氢经济的关键.过渡金属修饰石墨烯储氢材料在理论上被广泛研究,但存在H2解离和金属团聚的问题.本文基于密度泛函理论对Sc,Ti,V修饰单缺陷石墨烯的结构及储氢性能进行计算.结果表明:单缺陷使Sc,Ti,V与石墨... 详细信息

寻找稳定高效的储氢材料是实现氢经济的关键.过渡金属修饰石墨烯储氢材料在理论上被广泛研究,但存在H2解离和金属团聚的问题.本文基于密度泛函理论对Sc,Ti,V修饰单缺陷石墨烯的结构及储氢性能进行计算.结果表明:单缺陷使Sc,Ti,V与石墨烯的结合能提高4—5倍;Sc,Ti,V离子特性增强,可以通过静电相互作用吸附7,3和4个分子形式的氢;平均氢分子吸附能分别为–0.13,–0.20和–0.18 e V,处于室温和中等压力下储氢的最佳能量范围.而Sc,Ti,V修饰的完整石墨烯上第1个氢解离吸附,氢分子吸附能分别为–1.34,–1.34和–1.16 e V.特别重要的是,Sc,V修饰的缺陷石墨烯吸附和脱附氢分子过程中重构能仅为0.00 e V和0.03 e V,对实现快速吸放氢气非常有利.本研究将有利于深入认识3d过渡金属修饰碳材料的储氢机理.

关键词：储氢缺陷石墨烯过渡金属密度泛函理论

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电场诱导（MgO）4储氢的理论研究

物理学报 2019年第16期68卷 179-187页

作者：尹跃洪徐红萍西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省原子与分子物理及功能材料重点实验室

MgO是具有强极性的离子化合物,电场诱导MgO吸附H2是一种有效的储氢方法,但外加的电场很强,如何降低所需电场的强度是需要解决的关键问题.本文在密度泛函理论水平上研究了电场中H2在(MgO)4团簇上的吸附性质.结果表明(MgO)4能承受强电场... 详细信息

MgO是具有强极性的离子化合物,电场诱导MgO吸附H2是一种有效的储氢方法,但外加的电场很强,如何降低所需电场的强度是需要解决的关键问题.本文在密度泛函理论水平上研究了电场中H2在(MgO)4团簇上的吸附性质.结果表明(MgO)4能承受强电场并保持立方结构,可用于电场储氢.电荷分析表明(MgO)4在电场中被极化,其偶极矩增大为场强0.005 a.u.和0.010 a.u.时的1.67和3.33 Debye. H2能稳定吸附在单个Mg/O原子上. H2在Mg上为侧位吸附,而在O上为端位吸附.外加电场可提高其吸附强度.仅需0.010 a. u.的外电场,就可使H2在Mg/O上的吸附能由无电场时–0.118/–0.060 eV提高到–0.225/–0.150 eV.所需电场强度小于较大尺寸的(MgO)9团簇,表明降低团簇尺寸是减少所需电场强度的一种可能方式.利用QTAIM方法研究了H2与(MgO)4间的弱相互作用,表明电场使团簇及氢分子极化,从而增强了其间的静电作用.当团簇尺寸降低时,更多的原子位于表面,且具有较低的配位数,更容易被极化,因此储氢所需的电场强度更低.电场中(MgO)4中最多能吸附16个H2,相应的质量密度为16.7 wt%,表明(MgO)4是一种可能的电场储氢材料.

关键词：电场 (MgO)4 储氢电子结构

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碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能

物理学报 2020年第6期69卷 267-275页

作者：元丽华巩纪军王道斌张材荣张梅玲苏俊燕康龙兰州理工大学理学院兰州730050 兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730050 兰州大学核科学与技术学院兰州730000

基于第一性原理深入研究了碱金属原子(Li,Na,K)修饰的多孔石墨烯(PG)体系的储氢性能,并且通过从头算分子动力学模拟了温度对Li-PG吸附的H2分子稳定性的影响.研究结果表明,PG结构的碳环中心是碱金属原子最稳定的吸附位置,PG单胞最多可以... 详细信息

基于第一性原理深入研究了碱金属原子(Li,Na,K)修饰的多孔石墨烯(PG)体系的储氢性能,并且通过从头算分子动力学模拟了温度对Li-PG吸附的H2分子稳定性的影响.研究结果表明,PG结构的碳环中心是碱金属原子最稳定的吸附位置,PG单胞最多可以吸附4个碱金属原子,Li原子被束缚最强,金属原子间无团聚的倾向;H2分子通过极化机制吸附在碱金属修饰的PG结构上,每个金属原子周围最多可以稳定地吸附3个H2分子;Li-PG对H2分子的吸附最强(平均吸附能为-0.246 eV/H2),Na-PG对H2分子的吸附较弱(平均吸附能为-0.129 eV/H2),K-PG对H2分子的吸附最弱(平均吸附能为-0.056 eV/H2),不适合用做储氢材料;在不考虑外界压强且温度为300 K的情况下,Li-PG结构可稳定地吸附9个H2分子,储氢量为9.25 wt.%;在400 K时,有7个吸附H2分子脱离Li-PG的束缚,在600-700 K的范围内,吸附H2分子全部脱离了Li-PG体系的束缚.

关键词：多孔石墨烯储氢第一性原理分子动力学

Sc,Ti,V修饰B/N掺杂单缺陷石墨烯的储氢研究

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高等学校化学学报 2021年第9期42卷 2842-2851页

作者：马丽娟高升启荣祎斐贾建峰武海顺山西师范大学化学与材料科学学院磁性分子与磁信息材料教育部重点实验室临汾041004

3d过渡金属修饰是改善石墨烯储氢性能的最有效途径,但仍存在金属团聚和H_(2)解离导致难以脱附的问题.提出了B/N掺杂单缺陷石墨烯(BMG/NMG)的策略来避免以上两个问题.密度泛函理论计算结果表明,N掺杂可以使Sc,Ti,V与石墨烯的结合能提高3~... 详细信息

3d过渡金属修饰是改善石墨烯储氢性能的最有效途径,但仍存在金属团聚和H_(2)解离导致难以脱附的问题.提出了B/N掺杂单缺陷石墨烯(BMG/NMG)的策略来避免以上两个问题.密度泛函理论计算结果表明,N掺杂可以使Sc,Ti,V与石墨烯的结合能提高3~4倍,B掺杂可以将Sc与石墨烯的结合能提高3倍.Sc/BMG和Sc/NMG吸附的第一个H_(2)不会解离.Sc/BMG中Sc吸附5个H_(2),平均氢分子结合能为−0.18~−0.43 eV,并且可以通过在同侧锚定多个Sc原子形成Sc/C3B2五元环增加H_(2)吸附位点.Sc/NMG中每个Sc吸附6个H_(2),平均氢分子结合能为−0.17~−0.29 eV,还可以通过在异侧修饰形成Sc/N3/Sc单元进一步提高储氢能力.研究结果将为设计基于3d过渡金属修饰碳材料的储氢材料提供理论基础.

关键词：储氢硼/氮掺杂单缺陷石墨烯过渡金属密度泛函理论

电场诱导(MgO)_(12)储氢的从头计算研究

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物理学报 2015年第19期64卷 88-95页

作者：尹跃洪陈宏善宋燕西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省原子与分子物理及功能材料重点实验室兰州730070

管状(MgO)12是(MgO)n的幻数团簇,非常稳定.为研究电场对其储氢性能的影响,本文在B3LYP/6-31G**水平上研究了电场中H2在(MgO)12管状结构上的吸附性质.结果表明(MgO)12能承受强电场而保持管状结构并被极化,其偶极矩增大为场强0.01 a.u.和0... 详细信息

管状(MgO)12是(MgO)n的幻数团簇,非常稳定.为研究电场对其储氢性能的影响,本文在B3LYP/6-31G**水平上研究了电场中H2在(MgO)12管状结构上的吸附性质.结果表明(MgO)12能承受强电场而保持管状结构并被极化,其偶极矩增大为场强0.01 a.u.和0.02 a.u.时的9.21和19.39 deb(1 deb=3.33564×10-30C·m).H2能稳定吸附在单个Mg/O原子上.无电场时H2在Mg上为侧位吸附,而在O上为端位吸附;电场中,H2在Mg和O上均为端位吸附,且其分子取向沿外电场方向.由于(MgO)12及H2均被电场极化,因此H2在(MgO)12部分位置上的吸附强度显著提高.H2在3配位的Mg/O上的吸附能由无电场时0.08/0.06 e V分别提高到场强为0.01 a.u.和0.02 a.u.时的0.12/0.11 e V和0.20/0.26 e V.电子结构分析表明H2吸附在Mg原子上时,向团簇转移电荷,电场极化效应是其吸附能较无电场时增大的主要原因.吸附在O原子上时,一方面由于O阴离子极化效应更强;另一方面,H2从(MgO)12得到电荷,其价轨道与团簇价轨道重叠形成化学键,因此电场效应更显著.电场中(MgO)12最多能吸附16个H2,相应的质量密度为6.25 wt%.

关键词：电场 (MgO)12 储氢电子结构