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氢在碳基材料穿插MIL-101(Cr)试样上的吸附平衡

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高校化学工程学报 2023年第2期37卷 224-232页

作者：廖圣平郑青榕仵梦博张轩集美大学轮机工程学院福建厦门361021 福建省船舶与海洋工程重点实验室福建厦门361021

为了实现由碳基材料穿插提高金属有机框架物(MOFs)储氢容量的目的,选择质量分数分别为1%的活性炭和石墨烯穿插MIL-101(Cr)。通过试样的结构表征、微观形貌观察与氢吸附等温线测试,从吸附平衡模型和吸附热两方面来比较其储氢行为。结果表... 详细信息

为了实现由碳基材料穿插提高金属有机框架物(MOFs)储氢容量的目的,选择质量分数分别为1%的活性炭和石墨烯穿插MIL-101(Cr)。通过试样的结构表征、微观形貌观察与氢吸附等温线测试,从吸附平衡模型和吸附热两方面来比较其储氢行为。结果表明,在77.15~87.15 K、0~6 MPa,氢在AX-21活性炭穿插(AM-01)和氧化石墨烯(GO)穿插(GM-02)试样上的储氢量比穿插前提高了41.1%和17.4%;相对于Langmuir方程和Langmuir-Freundlich(L-F)方程,Toth方程的预测精度最高,77.15 K时,Toth方程预测氢在AM-01和GM-02上吸附量的平均相对误差分别为0.55%、0.41%;氢在AM-01和GM-02上的等量吸附热分别为2.96~8.64 kJ·mol^(-1)、3.06~8.57 kJ·mol^(-1)。由GO或高比表面积的活性炭穿插可增大储氢容量,吸附平衡分析可选用Toth方程。

关键词： MIL-101(Cr) 石墨烯活性炭穿插氢吸附

氢吸附金刚石(001)表面的第一性原理研究

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物理学报 2004年第8期53卷 2710-2714页

作者：于洋徐力方顾长志中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验室北京100080 吉林大学超硬材料国家重点实验室

采用第一性原理方法研究氢吸附的金刚石 (0 0 1 )表面 ,计算了氢吸附金刚石表面构型 .通过分析吸附前后空间电荷分布的变化 ,发现吸附H原子的金刚石 (0 0 1 )表面电荷向H原子转移 ,即表明氢吸附的金刚石表面带负电 .分析了这种现象的微... 详细信息

采用第一性原理方法研究氢吸附的金刚石 (0 0 1 )表面 ,计算了氢吸附金刚石表面构型 .通过分析吸附前后空间电荷分布的变化 ,发现吸附H原子的金刚石 (0 0 1 )表面电荷向H原子转移 ,即表明氢吸附的金刚石表面带负电 .分析了这种现象的微观机制。

关键词：氢吸附金刚石表面表面吸附电荷密度分布第一性原理计算化学汽相沉积法

二维石墨烯/电子化合物垂直异质结吸附氢的第一性原理研究

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二维石墨烯/电子化合物垂直异质结吸附氢的第一性原理研究

作者：王鹤翔苏州大学

学位级别：硕士

为了缓解全球能源危机并保护全球环境,研究人员致力于发现清洁和可再生能源。因此氢气(H2)是一种极具吸引力的绿色燃料,氢具有很高能量密度,且燃烧后唯一副产物是无污染的水。析氢反应(HER)是从水中生产氢气至关重要的一个手段。目前,... 详细信息

为了缓解全球能源危机并保护全球环境,研究人员致力于发现清洁和可再生能源。因此氢气(H2)是一种极具吸引力的绿色燃料,氢具有很高能量密度,且燃烧后唯一副产物是无污染的水。析氢反应(HER)是从水中生产氢气至关重要的一个手段。目前,析氢反应的最佳催化剂材料是铂,但是鉴于现有材料的经济效率和储存能力有限,研究人员需要发现新材料或修改现有材料以提高HER性能。其中原子掺杂和异质结构在催化领域引起了相当大的关注,异质结构可以通过不同二维材料的组合形成丰富多样的结构。石墨烯是被广泛研究的典型二维材料,但是它的析氢性能很差。而前些年发现的二维电子化合物材料(Ca2N和Y2C)因其剩余电子使得它可以向接触的材料转移电荷,这对表面不易吸附氢的催化材料来说非常有利。本文主要是对氢吸附在石墨烯和二维电子化合物(Ca2N或Y2C)垂直异质结构上的第一性原理研究。密度泛函理论计算表明,从电子化合物到石墨烯的大量电荷转移促进了氢吸附到石墨烯上。石墨烯/Ca2N和石墨烯/Y2C异质结构的氢吸附自由能分别具有0.73 eV和0.54 eV,远低于原始石墨烯(1.9 eV)。此外,用N原子掺杂石墨烯可以进一步将异质结构的吸附游离能降低到0.29 eV,极大的提高了石墨烯的氢吸附能力。这些结果表明,电子化合物的存在和N原子掺杂活化了石墨烯,很大程度的提高了石墨烯的催化析氢能力,这些发现有望运用其他二维材料,为制氢提供了一种创新和有前途的策略。

关键词：氢吸附石墨烯二维电子化合物异质结第一性原理

电化学析氢反应中单层MoSe_2氢吸附机理第一性原理研究

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物理学报 2018年第21期67卷 302-311页

作者：徐紫巍石常帅赵光辉王明渊刘桂武乔冠军江苏大学材料科学与工程学院镇江212013

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文计算了单层2H相MoSe_2纳米材料表面及两种边缘(Mo原子边缘、Se原子边缘)不同活性位点、不同氢原子吸附率下的氢吸附吉布斯自由能(Gibbs free energy,用?G_H^0表示),并且将对应的微观结构进行了系... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文计算了单层2H相MoSe_2纳米材料表面及两种边缘(Mo原子边缘、Se原子边缘)不同活性位点、不同氢原子吸附率下的氢吸附吉布斯自由能(Gibbs free energy,用?G_H^0表示),并且将对应的微观结构进行了系统分析比较,得出?G0H最接近于0 eV的吸附位点及相应的吸附率.同时,结合差分电荷密度和电负性理论,分析了单层MoSe_2两种边缘氢吸附的电荷转移及成键特性,进一步解释了不同吸附位点呈现的结构与能量趋势.最后,通过基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学模拟,研究了高温热运动对两种边缘氢吸附的影响,获得了氢原子发生脱附的临界温度及对应的微观动态过程.该理论研究从原子尺度揭示了单层2H相MoSe_2纳米材料边缘不同位点在不同温度下对氢原子吸附和脱附的微观机理,证实了Mo原子边缘的畸变和重构行为,加深了对实验中单层2H相MoSe_2边缘在不同温度下氢吸附机理的理解,为实验中通过控制MoSe_2边缘设计廉价高效的析氢催化剂提供理论参考.

关键词：单层2H-MoSe2 电化学析氢氢吸附分子动力学模拟

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一维石墨烯超晶格上的氢吸附

物理学报 2014年第19期63卷 309-313页

作者：黄向前林陈昉尹秀丽赵汝光王恩哥胡宗海北京大学物理学院人工微结构与介观物理国家重点实验室北京100871 量子物质协同创新中心北京100871 北京大学国际量子材料科学中心北京100871

通过化学气相沉积法在一种典型的高指数面铜(410)-氧上制备出了一维石墨烯超晶格,并利用拉曼光谱(Raman)、低能电子衍射(LEED)、扫描隧道显微术(STM)等方法研究了氢原子在该超晶格上的吸附.实验结果揭示了由于超晶格的调制作用所引起的... 详细信息

通过化学气相沉积法在一种典型的高指数面铜(410)-氧上制备出了一维石墨烯超晶格,并利用拉曼光谱(Raman)、低能电子衍射(LEED)、扫描隧道显微术(STM)等方法研究了氢原子在该超晶格上的吸附.实验结果揭示了由于超晶格的调制作用所引起的无缺陷石墨烯区域的选择性吸附,氢原子优先吸附在石墨烯超晶格一维周期中的相同部位.这一发现为进一步通过一维超晶格调控石墨烯的性质提供了更多可能.在石墨烯上的吸附氢原子除了单个或成对存在之外,实验还首次观察到一种新的三氢原子位型.

关键词：扫描隧道显微镜石墨烯一维超晶格氢吸附

不同密度氢吸附金刚石(100)表面的微观结构

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物理学报 2010年第9期59卷 6556-6562页

作者：刘峰斌汪家道陈大融赵明何广平北方工业大学机电工程学院北京100144 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

利用基于广义梯度近似的密度泛函理论,计算了金刚石(100)表面不同氢吸附密度的平衡态几何结构和态密度.结果表明对于2×1构型,在平行和垂直表面两个方向上发生弛豫,而1×1构型仅在垂直表面方向上发生弛豫.另外,清洁2×1,2×1∶0.5H和1×... 详细信息

利用基于广义梯度近似的密度泛函理论,计算了金刚石(100)表面不同氢吸附密度的平衡态几何结构和态密度.结果表明对于2×1构型,在平行和垂直表面两个方向上发生弛豫,而1×1构型仅在垂直表面方向上发生弛豫.另外,清洁2×1,2×1∶0.5H和1×1∶1.5H表面,带隙中存在空表面态;而对于1×1∶2H和2×1∶H两种表面结构,空表面态上移进入导带,带隙中不存在表面态.结合电荷密度分布,探讨了金刚石(100)不同构型和氢吸附密度表面的表面态诱发机理.

关键词：氢吸附金刚石弛豫表面态

煤直接液化中氢在Fe1-xS催化剂上的吸附及迁移规律的研究

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煤直接液化中氢在Fe1-xS催化剂上的吸附及迁移规律的研究

作者：贾玉博北京化工大学

学位级别：硕士

我国煤炭资源储量丰富,但石油却严重依赖进口才能满足国内旺盛的需求。发展煤直接液化技术能降低石油进口量和保障化石能源安全。铁基催化剂是影响煤直接液化效率的因素之一,而FeS正是其活性组分。研究煤直接液化的氢转移规律对降低氢... 详细信息

我国煤炭资源储量丰富,但石油却严重依赖进口才能满足国内旺盛的需求。发展煤直接液化技术能降低石油进口量和保障化石能源安全。铁基催化剂是影响煤直接液化效率的因素之一,而FeS正是其活性组分。研究煤直接液化的氢转移规律对降低氢耗和提高油收率至关重要,但目前研究氢迁移过程的对象未涉及FeS催化剂,缺乏氢在FeS催化剂上的作用关系及迁移规律的研究。因此本文以FeS催化剂为研究对象,探究了其吸附氢的现象及其在不同体系中脱氢反应与加氢反应行为,从全新的视角探讨了FeS催化剂上的氢迁移行为规律。得到的主要结论如下:(1)通过预硫化制备FeS催化剂,并通过H-TPD和H-TPR、元素分析等表征手段间接证实了FeS催化剂的吸附氢现象,发现催化剂在预硫化时也会吸附氢。(2)利用化学实验手段进一步证明FeS催化剂的吸附氢行为,考察了其在蒽体系和不加蒽体系(单独体系)中脱氢行为。结果表明,两种体系中的脱氢反应均有H生成,并且在蒽体系中脱氢反应的氢元素有两种去处,即生成氢气和对蒽加氢生成二氢蒽。随温度升高,在两体系中FeS催化剂脱氢量均增加,且高温有利于催化剂脱氢;随时间延长,在两体系中脱氢量均先增加后稳定;在420℃和1 h的蒽体系中,FeS催化剂最大脱氢量2.37 mmol H/g;溶剂十二烷对两体系中脱氢反应都有促进作用;还对蒽体系中的脱氢反应进行了热力学计算并确定了平衡常数。FeS催化剂在两种体系中的脱氢行为存在差异。各个温度下,蒽体系中总脱氢量均大于其单独脱氢时的总脱氢量,且温度对蒽体系中脱氢反应的影响程度更大。(3)考察了FeS催化剂在H体系以及H和四氢萘共存体系中再加氢行为。结果表明其在两种体系中均可再加氢,但都随温度升高,催化剂加氢量减少,说明低温有利于催化剂的加氢反应;随时间延长,在两体系中加氢量均先增后趋稳;随H初压增大,两体系中催化剂加氢量均先增后趋缓;在360℃和2 h的H体系中,FeS催化剂最大加氢量为4.20mmol H/g。FeS催化剂在两体系中加氢反应也有差异。温度≤380℃时,催化剂在H体系中加氢量更大;而≥400℃时,催化剂在H和四氢萘体系中加氢量更大。温度对H体系中加氢反应的影响程度更大。

关键词：煤直接液化 Fe1-xS催化剂氢吸附脱氢加氢氢迁移

预应变对中碳TRIP钢氢吸附及延迟断裂行为的影响

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材料热处理学报 2012年第6期33卷 42-46页

作者：惠卫军李阳张永健周超董瀚钢铁研究总院先进钢铁材料技术国家工程研究中心北京100081

采用电化学充氢、热脱氢分析仪(TDS)及慢应变速率试验(SSRT)研究了预应变对一种Si-Mn系中碳TRIP钢的氢吸附及延迟断裂行为的影响。结果表明,具有多相组织的等温淬火(AT)试样在拉伸变形过程中,残留奥氏体在应变诱导下转变为马氏体,其转... 详细信息

采用电化学充氢、热脱氢分析仪(TDS)及慢应变速率试验(SSRT)研究了预应变对一种Si-Mn系中碳TRIP钢的氢吸附及延迟断裂行为的影响。结果表明,具有多相组织的等温淬火(AT)试样在拉伸变形过程中,残留奥氏体在应变诱导下转变为马氏体,其转变量随着预应变量的增大而增加。具有回火马氏体组织的淬火回火(QT)试样和AT试样在充氢后的氢逸出曲线上均具有一个逸出峰,其峰值温度分别约为90℃和130℃,该峰值温度随预应变量的增大而升高。随着预应变量的增加,充氢QT样和AT样的氢含量逐渐增加,这导致氢致塑性损失增加,其中AT样的氢致塑性损失要明显高于QT样。这表明,预变形AT样的延迟断裂敏感性较高。

关键词：预应变中碳TRIP钢氢吸附延迟断裂残留奥氏体

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氢在钢铁表面吸附以及扩散的研究现状

表面技术 2020年第8期49卷 15-21页

作者：李守英胡瑞松赵卫民李贝贝王勇中国石油大学(华东)材料科学与工程学院山东青岛266580 青岛滨海学院机电工程学院山东青岛266555 海信视像科技股份有限公司山东青岛266555

氢进入钢铁内部是其发生氢脆的前提,而氢在管线钢表面经历物理吸附、解离、化学吸附、扩散一系列过程才能进入管线钢内部,其中氢原子的化学吸附以及氢扩散是关键步骤。综述了氢在钢铁表面吸附、扩散的研究方法、成果,展望了氢吸附以及... 详细信息

氢进入钢铁内部是其发生氢脆的前提,而氢在管线钢表面经历物理吸附、解离、化学吸附、扩散一系列过程才能进入管线钢内部,其中氢原子的化学吸附以及氢扩散是关键步骤。综述了氢在钢铁表面吸附、扩散的研究方法、成果,展望了氢吸附以及氢扩散的研究方向。目前研究氢吸附的主流方法是第一性原理计算。在氢扩散研究方面,试验研究能够分析钢铁组织、相、宏观尺度因素变化对氢扩散的影响;有限元、分子力学、第一性原理多种尺度模拟计算可以分析微区结构变化对扩散的影响。氢在表面的吸附以及表层原子的扩散对氢脆有重要影响,但氢原子在钢铁表面的吸附以及表层扩散主要集中在无缺陷的αFe表面。氢与缺陷的相互作用研究主要集中在体相内部,钢铁表面状态的变化对氢吸附以及表层扩散的影响相关报道较少。需进一步开展在含缺陷钢铁表面的氢吸附研究,阐释表面应力、位错、晶界、相界、合金元素等因素对氢吸附、表层区域氢扩散的影响机理。

关键词：氢吸附氢扩散钢铁氢脆