二元包合水合物储氢及促进剂作用的理论研究

摘要

尽管包合水合物因其高储能密度和环境友好等优点,可以作为大规模工业化应用的潜在储氢材料,但在理解包合水合物中氢气的结构和扩散方面尚存在较大争议.本文应用密度泛函理论(DFT)探讨了sI型包合水合物的储氢结构和性质.结果表明，纯氢气水合物中5~(12)笼中可容纳2个H_2分子, CH_4和C_2H_6促进剂对其结构和性质没有明显影响;而在N_2和CO_2促进剂作用下5~(12)笼可容纳的H_2分子增加到3个,氢气水合物稳定性得到提高，主客体间的静电和氢键相互作用增强且H—H伸缩振动峰值蓝移.当N_2和CO_2包合物5~(12)笼中氢气的占据达3个H_2分子时, 1个H_2分子通过五边形面的扩散能垒接近于纯氢气水合物中的2倍,有效阻碍了氢气在笼间的扩散.

关键词

包合水合物 / 储氢 / 稳定性 / 扩散 / 促进剂作用

基金资助

国家自然科学基金（批准号:22003035）; 陕西省教育厅项目（批准号:22JK0334）资助