碳纳米管结构及其吸附氢浅析碳纳米管结构及其吸附氢浅析学院学院: 物理科学学院物理科学学院指导老师：阎世英指导老师：阎世英组员：祖琳组员：祖琳 潘琳静潘琳静 王晓君王晓君 庄村庄村 吕吕伟伟 概述•碳纳米管的结构及其吸附氢原理简介•物理吸附和化学吸附分析比较 碳纳米管 分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，它是由石墨分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，它是由石墨烯层片卷成，两端由富勒烯半球封帽形成，直径为纳米尺度的圆桶烯层片卷成，两端由富勒烯半球封帽形成，直径为纳米尺度的圆桶成六边形的平面网状结构单层石墨烯卷成的碳纳米管 石墨层中的碳原子的四个价电子只有三个以sp2杂化成键，形成六边的平面网状结构，这样，每一个碳原子都有一个未成对电子，这个电子可以和氢原子结合成键，这就决定了CNTs对氢气存在化学吸附 根据折叠方向不同分类 碳纳米管吸附氢实际图示氢气主要吸附位在碳管表面、单壁碳纳米管的中空管腔和管束内的间隙孔，CNTs较大的比表面积和毛细现象产生物理吸附，增大了氢的吸附面积 物理吸附和化学吸附的分析比较物理吸附和化学吸附的分析比较依靠范德华力连接氢子和碳原子 物理吸附：化学吸附：碳原子剩余一个未成键电子，与氢原子结合 雷纳德雷纳德-琼斯势（琼斯势（LJ））它们是有关分子结构的常数，这样就可以得出它们是有关分子结构的常数，这样就可以得出势能的具体表达式，通过求导使之为零，得出势能的具体表达式，通过求导使之为零，得出CH之间物理作用的平衡距离，进而可以确定之间物理作用的平衡距离，进而可以确定氢原子相对于碳原子的位置。
氢原子相对于碳原子的位置具有长度量纲，具有能量量纲 C-H距离与势能关系数据• 1 0.2000 -31.40820• 2 0.2500 -33.70351• 3 0.3000 -35.15850• 4 0.3500 -36.14092• 5 0.4000 -36.82814• 6 0.4500 -37.31889• 7 0.5000 -37.67411• 8 0.5500 -37.93356• 9 0.6000 -38.12418• 11 0.7000 -38.36795• 10 0.6500 -38.26457• 12 0.7500 -38.44384• 13 0.8000 -38.49914• 14 0.8500 -38.53892• 15 0.9000 -38.56693• 16 0.9500 -38.58599• 17 1.0000 -38.59823• 18 1.0500 -38.60527• 19 1.1000 -38.60838• 20 1.1500 -38.60852n 41 2.2000 -38.49140n 42 2.2500 -38.48883n 43 2.3000 -38.48660n 44 2.3500 -38.48465n 45 2.4000 -38.48295n 46 2.4500 -38.48147n 47 2.5000 -38.48017n 48 2.5500 -38.47903n 49 2.6000 -38.47803n 50 2.6500 -38.47715n 51 2.7000 -38.47637n 52 2.7500 -38.47569n 53 2.8000 -38.47508n 54 2.8500 -38.47455n 55 2.9000 -38.47408n 56 2.9500 -38.47366n 57 3.0000 -38.47330n 58 3.0500 -38.47297n 59 3.1000 -38.47268n 60 3.1500 -38.47243• 21 1.2000 -38.60644• 40 2.1500 -38.49435• 22 1.2500 -38.60270• 23 1.3000 -38.59775• 24 1.3500 -38.59193• 25 1.4000 -38.58551• 26 1.4500 -38.57868• 27 1.5000 -38.57160• 28 1.5500 -38.56440• 29 1.6000 -38.55716• 31 1.7000 -38.54286• 30 1.6500 -38.54996• 32 1.7500 -38.53591• 33 1.8000 -38.52916• 34 1.8500 -38.52270• 35 1.9000 -38.51663• 36 1.9500 -38.51105• 37 2.0000 -38.50604• 38 2.0500 -38.50161• 39 2.1000 -38.49773 R E R E R E C-H势能距离关系曲线 •平衡距离是1.15埃，平衡势能是-38.61hartree，换算关系得平衡势能为0.142eV•我们已经知道氢气分子中氢键的键能为4.748eV•由此看出，常温常压下，H-H键不容易打开去形成C-H键，所以，我们可以得出结论，常温常压下，物理吸附占主导地位，但是我们可以改变外界环境来增强它的储氢性能 增强碳纳米管吸附氢的方法增强碳纳米管吸附氢的方法•外界环境（低温和高压）外界环境（低温和高压）•改变改变CNT本身本身 温度和压强对ＣＮＴ储氢的影响等压线等压线等温线等温线综合两图可知，在低温和高压的条件下，ＣＮＴ的储综合两图可知，在低温和高压的条件下，ＣＮＴ的储氢能力比较高氢能力比较高 加入金属离子加入金属离子能够改变ＣＮＴ的储氢能力，加入Ｌｉ离子的ＣＮＴ储氢能力相对加入其他金属离子储氢能力较强 下一步计划：•分析外界条件对碳氢分子结构的影响，进而了解对储氢量的影响•在我们已经了解的CNTs的结构基础上，用分子动力学模拟的方法研究CNTs储氢的过程 。