Study of depth profile of hydrogen in hydrogenated diamond like carbon thin film using ion beam analysis techniques
采用非对称电容耦合射频等离子体技术，在室温下，通过改变甲烷流量，在硅衬底上沉积了氢化类金刚石（HDLC）薄膜。这些薄膜在高真空和高温炉中进行退火。利用氟离子束与高密度脂蛋白的核反应中6.44 MeV的共振氢深度剖析了所制备和退火的高密度脂蛋白膜。所制备的薄膜表现出不均匀的深度分布的氢：它随深度而减少。真空退火导致薄膜中氢的大量脱附。轰击束也会引起氢的损失，尽管损失的比例要低得多。膜也经历了温和的碳损失，如质子背散射光谱所示，在高真空退火。氢在退火薄膜中的深度分布表明，在薄膜和衬底之间的界面附近存在石墨碳。
2013-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Titanium-capped carbon chains as promising new hydrogen storage media
采用第一性原理密度泛函理论研究了钛帽sp碳原子链作为储氢介质的容量。Ti原子通过d-p杂化牢固地连接在碳链的一端，形成稳定的TiCn复合物。我们证明了通过Kubas相互作用在Ti上吸附H2的数量取决于链类型。对于聚炔（n偶）或累积多烯（n奇）结构，每个Ti原子可以分别容纳多达五个或六个H2分子。此外，有效地终止于C20富勒烯上的TiC 5链可以以0.52 eV/H2的最佳结合储存氢。我们的研究结果揭示了一种可能的方法来探索高容量的贮氢材料在真正的一维碳结构。
2010-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of the growth of thin amorphous hydrogenated carbon films on diamond surface
利用分子动力学模拟方法研究了CH2基团轰击金刚石(111)面所形成的无定形碳氢薄膜(a-C:H)的生长过程.结构分析表明局部结构（例如，C原子的第一配位数）的α-C：H的结构与氢的含量密切相关。入射自由基动能的增加导致a-C：H中氢含量的降低，从而改变了a-C：H中sp3键合碳原子的比例.
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Excitation spectrum of hydrogen adsorbed to carbon nanotubes
利用非弹性中子散射研究了氢原子在单壁碳纳米管上的微观吸附动力学。有证据表明，化学处理后的材料比制备后的材料具有更高的储存能力。这表明管内部存在额外的吸附层。在低能量的H2光谱中明显的激发证实了这一结论。氢气的解吸作为温度的函数被实时监测。氢存储在低于150 K时是高度稳定的，这与氢谱的谐波演化一致，这表明具有很强的结合势。高于200 K的氢气可以通过简单的加热以受控的方式释放。在释放过程中，激发光谱发生显著变化。氢的残余物可持续到400 K。
2003-01-15 cond-mat.mtrl-sci
A depth resolved investigation of hydrogen uptake in carbon based nanostructures by soft-to-hard photoemission spectroscopy
Università degli Studi di Roma Tre（罗马第三大学）；INFN Sezione di Roma Tre（罗马第三国立核物理研究所）；INFN Sezione di Roma（罗马国立核物理研究所）；Diamond Light Source Ltd（钻石光源有限公司）；University of Tsukuba（筑波大学）；Tsukuba Institute for Advanced Research (TIAR)（筑波高等研究院）
利用软到硬X射线光电子能谱深度分析，发现纳米多孔石墨烯和垂直排列碳纳米管氢化后形成sp³富集层，厚度有限，氢吸收主要局限于表面。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Calcium-Decorated Carbon Nanotubes for High-Capacity Hydrogen Storage
使用第一性原理计算，我们进行了一个搜索的基础上，掺杂或有缺陷的碳纳米管上的单独分散的钙原子的高容量储氢介质。我们发现，多达六个H2分子可以结合到一个Ca原子，每个具有理想的结合能约0.2 eV/H2。空Ca 3d态与H2 σ态的杂化有助于H2结合，并且Ca原子优先结合到掺杂的硼和分散在碳纳米管上的缺陷位点来抑制Ca簇集。我们还表明，个别钙修饰的B掺杂的碳纳米管的浓度为~6原子。%的B掺杂可以达到~ 5wt%氢的重量容量。
2009-01-17 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of carbon-related energy levels in GaN: Part II - Complexes formed by carbon and hydrogen, silicon or oxygen
这项工作提出了一个深入的调查组成的复合物的性质的氢，硅或氧与碳，这是主要的无意杂质在未掺杂的GAN。这份手稿是对我们以前关于碳-碳和碳-空位复合物的工作的补充。在广义Kohn-Sham密度泛函理论的框架内，采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof混合泛函的第一性原理方法.考虑了不同电荷态的两个H-C、四个Si-C和五个O-C配合物。经过全几何弛豫，得到了形成能、结合能以及热跃迁和光跃迁能级。计算出的能级与实验观察到的碳相关陷阱能级进行了系统的比较。此外，我们计算了所选缺陷复合物的振动频率，并在考虑两种不同情况的低，中，高碳掺杂情况下估计了缺陷浓度，其中电活性缺陷：（a）只有碳和空位，（b）不仅碳和空位，而且氢，硅和氧。我们证实了$\mathrm{C_N}$是GAN中的主要受主。除此之外，大量的$\mathrm{Si_{Ga}-C_N}$复合物以中性形式存在。这种复合物是在未掺杂的$n$型GAN中观察到的未知形式的碳的可能候选者。
2017-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Exo-hydrogenated Single Wall Carbon Nanotubes
一个广泛的第一性原理研究完全exo-hydrogenated zigzag（n，0）和扶手椅（n，n）单壁碳纳米管（C $_n$ H $_n$），多面体分子，包括立方烷，十二面体，和C $_{60}$ H $_{60}$点的关键差异，在电子和原子结构相关的氢存储和设备的应用。估计C $_n$ H $_n$在（8，8）纳米管的半径内是稳定的，结合能与1/R成正比.将单个氢连接到任何纳米管上总是放热的。发现锯齿形纳米管的氢化比具有类似半径的扶手椅形纳米管更可能。我们的发现可能对选择性功能化和找到一种将相似半径的纳米管彼此分离的方法具有重要意义。
2001-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Surface Hydrogen Coverage on Pt/Graphene Measured by Carbon Ion ERDA
Department of Mechanical and Systems Engineering, National Atomic Research Institute（机械与系统工程系，国家原子研究院）
本研究利用碳离子ERDA技术测量Pt/石墨烯表面氢覆盖度，揭示氢吸附深度分布及其存储行为。
2025-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Interaction of fcc-Palladium nano-crystals with Hydrogen during PECVD growth of Carbon nanotubes
采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术，以乙炔和氨水为溶剂，在钯片上成功地制备了碳纳米管。比较了两种不同的装置，并解释了最佳生长条件的条件。通过透射电子显微镜（TEM）对样品的电子衍射图进行了详细的分析，结果表明Pd的晶格发生了膨胀，这可以用fcc-PdHx（x=0. 1.对于x=1.. 2首次报道了六方晶系PdH_2的研究结果，其晶格间距与氢含量无关。当样品随后用氢气处理时，fcc-PdH和hcp-PdH 2的量增加。提供了一个增长模型。
2003-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio simulations of H2 in Li-doped carbon nanotube systems
由于其独特的结构，已经提出碳纳米管绳可以很好地提供用于储存分子氢的理想容器。实际上，在掺杂的Li和其它碱金属体系中存在增强的氢吸收的一些实验证据[Chen等人，Science 285，91（1999）]。因此，我们已经解决了这个问题的储氢锂掺杂的石墨和碳纳米管系统的理论与从头计算模拟。我们的研究结果没有发现证据，这种增强存储，基于诱导的结构变化。此外，我们还研究了氢进入纳米管内部的扩散障碍，在存在和不存在拓扑缺陷。即使使纳米管内部可接近，氢吸收仍然适度，即，小于3.5重量%。因此，机械或化学处理纳米管不太可能导致储氢量大幅增加。
2006-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Site dependent hydrogenation in Graphynes: A Fully Atomistic Molecular Dynamics Investigation
石墨烯是二维结构的碳同素异形体家族的通用名称，其中炔属基团连接苯环，具有sp和sp2杂化碳原子的共存。在这项工作中，我们已经调查，通过完全原子反应分子动力学模拟，动力学和结构变化的氢化的α，β，伽马石墨炔形式。我们的研究结果表明，存在不同的位点的氢键，有关的单键和三键，使氢原子纳入石墨烯膜的过程比石墨烯的复杂得多。我们的研究结果还表明，加氢反应是强烈的网站依赖性和sp-杂化的碳原子是优先网站的化学攻击。在我们的情况下，氢化的有效性（从共价键合到碳原子的氢原子的数目估计）遵循α、β、γ石墨炔结构排序。
2015-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Titanium-decorated carbon nanotubes: a potential high-capacity hydrogen storage medium
我们报告的第一性原理研究，这表明，一个单一的钛原子涂覆在单壁纳米管（SWNT）绑定到四个氢分子。第一个H $_2$吸附是解离的，没有能量障碍，而其他三个吸附是分子的显着延长的H-H键。在高钛覆盖率，我们表明，单壁碳纳米管可以强烈吸附高达8重量%的氢。该系统是相当稳定的，并表现出关联解吸加热时，可逆存储的要求。这些结果推进了我们对氢在纳米结构中解离吸附的基本理解，并提出了更好的存储和催化材料的新途径。
2005-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Hydrogen Storage in Gold-doped Carbon Nanotubes: A first-principles study
吸附剂材料是推进储氢技术的一种有前途的替代品。一般的缺点是相对弱的固-气相互作用和吸附能，提供低的重量和体积容量和极端的操作条件。在这里，我们提出了Au掺杂的碳纳米管（CNT）作为一个有效的替代可逆的氢捕获在高温下。本工作利用密度泛函理论研究了几种修饰碳纳米管的性质。我们分析了均匀的Au掺杂的碳纳米管的结合能和形成能，并评估其吸附能力。利用偏态密度和电荷转移分析对纳米结构的储氢机制进行了深入的研究，结果表明直径的增加对结果有积极的影响。我们的研究结果表明，修饰后的结构能够捕获每个金原子6至9个氢分子，达到154至330 g/l的体积容量，超过了DOE的目标。此外，计算的脱附温度表明Au掺杂的CNT的高性能，获得高于200 K的氢捕获-释放工作条件。
2022-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Octagraphene as a Versatile Carbon Atomic Sheet for Novel Nanotubes, Unconventional Fullerenes and Hydrogen Storage
利用第一性原理计算研究了具有$C_{4v}$对称性的多功能周期性$sp^2$键合碳原子平面片.这种碳同素异形体由碳八角形和具有两个键长的正方形组成，因此被称为八角形。它是一种费米面由一个空穴和一个电子袋组成的半金属，其低能物理可以用$π$ -电子的紧束缚模型很好地描述。其杨氏模量、断裂强度和泊松比分别为306 $N/m$、34.4 $N/m$和0.13，与石墨烯的杨氏模量、断裂强度和泊松比接近。新型的碳纳米管和扶手椅型碳纳米管以及非常规的富勒烯也可以由八角烯构成。结果表明，吸附钛的八角萘可用于储氢，储氢量约为7.76wt%。
2012-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Agarose Derived Carbon Based Nanocomposite for Hydrogen Storage at Near-Ambient Conditions
本文通过热分解法制备镍纳米颗粒分散于多孔碳的纳米复合材料，在20 bar、298 K下实现0.73 wt.%储氢容量，较纯碳提升6.5倍，并具备可逆循环性。
2024-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Evolutionary construction of formation energy convex hull: Practical scheme and application to carbon-hydrogen binary system
我们提出了一种进化的构造技术的形成能凸包搜索的结晶稳定的化合物。在该技术中，通过对两种目标化合物系统地应用进化算子“交配”、“突变”和“适应性突变”来创建具有各种化学组成和晶体结构的候选物，并且通过进化直接更新凸包。在10 GPa下，我们将该技术应用于碳氢二元体系，得到了15种凸包距离小于0.5 mRy/atom的碳氢化合物：石墨烷、聚丁二烯、聚乙烯、丁烷、乙烷、甲烷、乙烷和甲烷的3种分子化合物以及甲烷和氢的6种分子化合物。这些结果表明，我们的进化构建技术是有用的探索在极端条件下的稳定相和新化合物的合成。
2020-03-13 cond-mat.mtrl-sci
A theoretical study of the hydrogen-storage potential of (H_2)_4CH_4 in metal organic framework materials and carbon nanotubes
甲烷-氢化合物（H_2）_4CH_4--或简称H4 M--是最有前途的贮氢材料之一。这种范德华化合物的分子氢含量非常丰富：33.3质量%，不包括CH_4中结合的氢;包括它，我们甚至达到50.2质量%。不幸的是，H4 M在环境压力和温度下不稳定，需要低温或高压。在本文中，我们调查的性质和结构的分子和晶体形式的H4 M，使用从头计算方法的基础上的范德瓦尔斯密度泛函（vdW-DF）。我们进一步研究了通过外部试剂（如金属有机框架（MOF）材料和碳纳米管）产生稳定H4 M所需压力的可能性，结果非常令人鼓舞。特别是，我们发现某些MOFs可以在它们的空腔中为H4 M产生相当大的压力，但不足以在室温下稳定它，适度的冷却仍然是必要的。另一方面，我们发现所有研究的碳纳米管都可以产生H4 M在室温下稳定所需的高压，这对新的和令人兴奋的储氢应用有直接的影响。
2012-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-High Yield Growth of Vertical Single-Walled Carbon Nanotubes: Hidden Roles of Hydrogen and Oxygen
开发了一种氧辅助碳氢化合物化学气相沉积（CVD）方法来大规模、高重复性、超高产率地生长垂直单壁碳纳米管（SWNT）。结果表明，在烃类生长中不可避免的活性氢（H）物种对sp2样单壁碳纳米管的形成是有害的。氧的添加清除H-物质并提供对C/H比的有力控制以有利于SWNT生长。氢和氧所扮演的角色的揭示导致了一个统一的和普遍的单壁碳纳米管的最佳生长条件。此外，开发了一种通用的方法，以在任何衬底上形成垂直的单壁碳纳米管膜，解除了对齐的单壁碳纳米管的主要衬底类型限制。
2005-11-01 cond-mat.mtrl-sci
How strongly do hydrogen and water molecules stick to carbon nanomaterials?
在许多应用中，分子氢和水与碳纳米材料的相互作用强度与储氢、水处理和水流有关。然而，氢和水与碳纳米管（CNT）的准确相互作用能仍然很少，尽管具有可靠的基准数据来通知实验和验证计算模型的重要性。在这里，基准固定节点扩散蒙特卡罗（DMC）的相互作用能提供氢和水单体，内部和外部一个典型的锯齿形CNT。DMC的相互作用能提供了有价值的洞察分子与碳纳米管的相互作用一般，也预计将特别相关的碳纳米管上的气体吸收研究。此外，选择的密度泛函理论（DFT）交换相关（xc）泛函和力场势，应该是适合这些系统，进行了比较。一个意想不到的变化被发现在DFT范德华（vdW）模型的性能，特别是。不同vdW模型之间的特殊差异的分析表明，中程相关性（约3至5欧姆）在CNT中起着关键作用，并且一些vdW模型预测得很差。使用准确的参考信息，这项工作揭示了xc泛函和力场表现良好的分子与碳纳米管相互作用。这些发现将对未来研究这些和相关系统的工作有价值，这些系统涉及分子与低维系统的相互作用。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-induced Unzipping of Single-Walled Carbon Nanotubes
用从头计算方法研究了氢原子在单壁扶手椅型碳纳米管上的化学吸附。一个单一的H原子被发现是化学吸附在内外壁的纳米管。氢在碳纳米管外部的吸附结合能远大于碳纳米管内部的吸附结合能。这是第一次，我们预测，两排的H原子化学吸附在选择性的网站外部的纳米管可以打破最近邻的C-C键的纳米管通过协同形成的C-H键，导致解链的纳米管壁。我们提供的见解负责的H-诱导解压缩的纳米管的基本电子结构，贷款强有力的支持，最近的实验观察的单壁纳米管在原子氢的存在下合并。有趣的是，化学吸附在纳米管内部的H原子不会导致C-C键的断裂。
2002-08-31 cond-mat.mtrl-sci
N-doped graphitic carbon materials hybridized with transition metals (compounds) for hydrogen evolution reaction: Understanding the synergistic effect from atomistic level
氮掺杂碳材料和非贵金属过渡金属的混合纳米结构是最有前途的电催化剂之一，以取代贵金属催化剂用于可再生能源应用。然而，这种杂化材料的催化活性的基本原理仍然难以捉摸。本文系统地研究了氮掺杂石墨片覆盖的过渡金属、过渡金属氧化物和碳化物基体对析氢反应的电催化性能。我们的第一性原理计算表明，氮的掺杂和石墨片与金属（化合物）衬底通过层内和层间电荷转移形成的配位键显著激活了石墨片。这种杂化材料可以为HER催化提供最佳的结合能力，其中Tafel势垒低至1.0 eV。HER活性与C pz带中心有关，而C pz带中心又与石墨片与金属基体之间的电子耦合强度有关，从而为合理设计高性能的石墨碳/过渡金属复合电催化剂奠定了基础。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Gas condensation within a bundle of carbon nanotubes - effects of screening
我们研究了氢在碳纳米管束中的低温相行为。由于碳环境削弱了同一间隙通道（IC）内分子之间的吸引力，一维（1D）系统的基态是未凝聚的气体。当考虑相邻IC中分子间屏蔽吸引作用时，氢的基态为准一维液态。估算了该体系的临界温度。
2000-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Potential reversible hydrogen storage in Li-decorated carbon allotrope PAI-Graphene: A first-principles study
本文通过第一性原理计算研究锂修饰的二维多孔碳材料 PAI-石墨烯的储氢性能，发现其可实现 15.7% 的超高可逆氢吸收，远超 DOE 目标，并揭示了 Li 原子电离、静电吸附及防聚集机制。
2023-12-02 cond-mat.mtrl-sci
XPS Supported INS and DRIFT Spectroscopy of sp2 Amorphous Carbons
我们进行了一组最高碳化等级的sp2无定形碳的INS，DRIFT和XPS光谱的联合分析，这些碳代表天然物质（顺式碳，炭煤和无烟煤），技术石墨烯（实验室还原的石墨烯氧化物）和工业产品（炭黑）。它被确定，所研究的物质的DRIFT光谱由两个组件确定的氢和氧组成的石墨烯分子，这代表了无定形化合物的基本结构单元的圆周。次甲基代表天然无定形物的氢组分，而羟甲基和甲基对所研究的技术石墨烯和炭黑的羟基呋喃起相同的作用。已经建立了基于次甲基的氢组合物的特定特异性，以增强碳原子的DRIFT光谱的电光特性。DRIFT和XPS光谱的可比分析允许一个可靠的拟人化的氧官能团的组合物的研究无定形导致一组可靠的分子模型，其基本结构单元。
2019-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption and dissociation of hydrogen molecules on bare and functionalized carbon nanotubes
采用第一性原理平面波方法研究了氢分子与裸单壁碳纳米管以及功能化单壁碳纳米管之间的相互作用。我们发现，H $_{2}$物理吸附在裸单壁碳纳米管上的结合能是非常弱的，并不能通过增加表面的曲率通过径向变形，也不能通过Li原子的共吸附，使半导体管金属化。虽然在直接吸附到Li原子上时键合得到加强，但其性质仍然是物理吸附。然而，当单壁碳纳米管通过吸附Pt原子而功能化时，成键特性发生了显著变化。单H $_{2}$以解离或分子形式与Pt原子发生化学吸附。如果通过将Pt从桥位置换到特定位置或通过增加吸附的H $_{2}$的数量来削弱Pt-SWNT键，则有利于H $_{2}$的解离吸附。例如，在两个吸附的H $_{2}$中，第一个可以解离吸附，第二个可以化学吸附。第三种吸附态H $_{2}$的成键性质为弱物理吸附。钯还促进具有相对较小结合能的H $_{2}$的化学吸附。本研究结果揭示了过渡金属原子吸附在单壁碳纳米管上的重要作用，并推进了我们对氢的分子吸附和解离吸附的理解，以实现有效的储氢。
2005-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenation of single-walled carbon nanotubes
为了发展一种有用的储氢机制，我们用芯能级光电子能谱学和x射线吸收光谱研究了氢原子对单壁碳纳米管的氢化作用。我们发现氢原子与碳管壁中的碳原子形成了C-H键，这种C-H键可以在加热到600 ℃时完全断裂。我们证明了在单壁碳纳米管中约65+/-15at%的碳原子氢化，这相当于5.1+/-1.2wt%的氢容量。我们还表明，氢化是一个可逆的过程。
2005-10-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
TPHE-Graphene: A First-Principles Study of a New 2D Carbon Allotrope for Hydrogen Storage
本研究通过第一性原理计算提出钠修饰的新型二维碳同素异形体TPHE-graphene用于高效储氢，发现其具备优异稳定性且储氢容量达9.52 wt%，是理想的绿色能源储氢材料。
2025-05-31 cond-mat.mtrl-sci
A new class of carbon stabilized austenitic steels resistant to hydrogen embrittlement
本文提出利用C完全稳定商用冷作工具钢中的fcc奥氏体相，形成仅含奥氏体和M7C3碳化物的组织，并证明阴极充氢后强度与延性基本不变，为低成本抗氢钢提供新方向。
2023-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Valorizing the carbon byproduct of methane pyrolysis in batteries
虽然低成本的天然气仍然很丰富，但这种燃料的能量可以通过甲烷热解生产分子氢和固体碳来利用，而不会排放温室气体。在没有碳税的情况下，甲烷热解与当前的制氢方法相比在经济上没有竞争力，除非碳副产物可以被增值。在这项工作中，我们评估了在熔融盐中甲烷热解产生的碳副产物作为二次锂离子和钠离子电池的高附加值阳极或导电添加剂的可行性。拉曼表征和电化学微分容量分析表明，使用具有催化活性的FeCl 3-或MnCl 2的熔融盐混合物导致更多的石墨碳副产物。这些石墨碳在用作锂离子阳极时表现出最佳的电化学性能（高达272 mAh/g的可逆容量）。对于这里研究的所有碳样品，无序的碳域和保留的盐物种捕获和/或插入到碳结构中，通过X-射线光电子和多核固态核磁共振光谱确定。与商业碳阳极相比，后者导致降低的电化学活性和可逆性以及较差的速率性能。发现热解碳的电子电导率高度依赖于它们的纯度，最纯的碳表现出几乎与商业碳添加剂相当的电子电导率。这些研究结果表明，更有效地去除盐催化剂可以使这些碳在二次电池中的应用成为可能，为大规模实施甲烷热解生产低碳氢提供了经济激励。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing Structural Disorder: Unraveling Hydrogen Evolution in Monolayer Amorphous Carbon via First-Principles Simulations and Machine-Learned Potentials
Indian Institute of Technology Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）
研究单层非晶碳在氢演进反应中的性能，通过第一性原理模拟和机器学习势能分析其催化活性及结构特征。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Bose-Einstein Condensation of Helium and Hydrogen inside Bundles of Carbon Nanotubes
氦原子或氢分子被认为在许多纳米管束内的间隙通道（在三个碳纳米管之间）内被强烈地束缚。的吸附的非均匀分布的管的影响进行了评估。单粒子态的能量是离散横向能量Et（取决于相邻管的半径）和平行于管轴相对自由运动的准连续能量Ez之和。在低温下，粒子占据最低的能量状态，这是本研究的重点。横向能量达到一个全球最小值（Et=Emin）的半径接近Rmin=9.95安。He-4为8.48埃。发现最低能量附近的态密度N（E）在此阈值以上线性变化，即N（E）与（E-Emin）成正比。结果，发生分子进入具有最低横向能量的通道的玻色-爱因斯坦凝聚。过渡的特点是近似的四维气体，忽略吸附粒子之间的相互作用。原则上，这种现象可以从奇异热容中观察到。这种过渡的存在取决于样品具有相对宽的半径值分布，包括一些接近Rmin。
2003-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of Sputtering Process of Hydrogen and Graphene Sheets
为了阐明氢与石墨烯片化学溅射中碳氢小分子的生成机理，采用改进的Brenner REBO势进行经典分子动力学模拟。作为模拟模型，我们准备了比我们以前的模型更真实的物理系统，它由160个入射氢原子和10个石墨烯多层膜组成。从目前的工作中，我们发现以下事实：在石墨烯结构的破坏过程中，氢打破碳原子之间的共价键并不起重要作用，但从入射氢到石墨烯的动量转移导致石墨烯结构的破坏。此外，研究发现，石墨烯片的碎片几乎都形成链状分子，生成的碳氢分子由碳链和单个氢原子组成。
2006-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Effects of hydrogen adsorption on single wall carbon nanotubes: Metallic hydrogen decoration
通过第一性原理计算，我们发现碳纳米管的电子结构和原子结构随着氢的化学吸附而发生剧烈的变化。当在半覆盖下均匀地外氢化时，锯齿形纳米管的截面变成字面上的正方形或矩形，并且它们是金属的，在费米能级具有非常高的态密度，而其他异构体可以是绝缘的。对于锯齿形和扶手椅形纳米管，每个碳原子从内部和外部氢化交替产生最稳定的异构体，具有非常弱的曲率依赖性和大的带隙。
2002-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Revealing trends in catalytic activity of adatoms for hydrogen adsorption on carbon: a case study of graphene and carbon nanotube
Montanuniversität Leoben（莱奥本矿业大学）
本研究通过分子动力学模拟揭示了不同元素吸附原子对石墨烯和碳纳米管氢气吸附性能的影响，发现II组元素和轻元素在氢气储存中有显著优势。
2025-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Measuring Oxygen, Carbon Monoxide and Hydrogen Sulfide Diffusion Coefficient and Solubility in Nafion Membranes
由燃料电池组件制成的Devanathan-Stachurski型扩散电池被设计成评估质子交换膜的气体传输特性作为电池温度和气体压力的函数。使用电化学监测技术（EMT）在该电池上获得的数据用于估计氧（O2）、一氧化碳（CO）和硫化氢（H2S）在Nafion膜中的溶解度和扩散系数。膜溶胀和反向气体扩散，由于水通量占在参数估计过程。发现所有三种气体的渗透性随温度而增加。O2、CO和H2S在Nafion 112中扩散的估计活化能分别为12.58、20和8.85 kJ mol^-1。O2、CO和H2S在Nafion 112中的混合比估计值分别为5.88、3.74和7.61 kJ mol^-1。在这项研究中的传输性能估计在文献中报道的广泛的比较表明，良好的协议。测量了Nafion 117中的氧渗透性作为1和3个大气压之间的气体压力的函数。氧在Nafion 117中的扩散系数不随压力变化，溶解度随压力增加而增加，并服从亨利定律。亨利常数估计为3.5 × 10^3大气压。
2011-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Raman micro-spectroscopy as a tool to measure the absorption coefficient and the erosion rate of hydrogenated amorphous carbon films heat-treated under hydrogen bombardment
我们提出了一种快速和简单的方法来确定暴露于氢原子源的氢化非晶碳膜的腐蚀速率和吸收系数的非原位显微拉曼光谱的基础上。结果进行了比较椭偏测量。该方法适用于在不同温度下腐蚀的薄膜。在~ 450 { \degree }C时发现最大侵蚀速率，这与以前的结果一致。该技术适用于未来的定量研究薄碳膜的侵蚀，特别是感兴趣的热核聚变装置中发生的等离子体壁相互作用。
2013-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Grand Canonical Monte Carlo Simulation of Hydrogen Adsorption in Different Carbon Nano Structures
采用大正则蒙特卡罗（GCMC）模拟方法研究了氢在由碳纳米管（CNT）、石墨烯片和C60等不同亚结构组成的纳米碳多孔材料中的物理吸附。预测了在1 ~ 20 MPa压力范围内不同温度下的氢气质量分数。研究了氢吸附的逸度和量子效应。不同的结构尺寸，包括子结构的大小和子结构之间的间距被用来研究的几何形状对碳材料的储氢容量的影响。计算结果与已有的其它计算结果基本吻合。得出的结论是，CNT阵列，石墨纳米纤维（GNF）和C60插层石墨（CIG）是没有希望在室温下达到DOE 6.5重量%的目标。研究还发现，量子效应在低温氢吸附中是显著的，并且考虑量子效应的不同处理也对预测的wt%有不同的影响。
2009-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence of hydrogen termination at grain boundaries in ultrananocrystalline diamond/hydrogenated amorphous carbon composite thin films synthesized via coaxial arc plasma
超纳米金刚石/氢化非晶碳复合薄膜由三种不同的成分组成：超纳米金刚石微晶、氢化非晶碳以及它们之间的晶界。由于晶界含有大量的悬空键和不饱和键，它们将是载流子陷阱中心降低器件性能的原因，在可能的应用中，如UV光探测器。我们的实验表明，氢原子优先纳入晶界和终止悬挂键通过几种光谱技术。XPS测量无法检测到薄膜中sp^2-和sp^3-杂化碳的定量跃迁，导致sp^3含量为55- 59%。另一方面，FT-IR和NEXAFS确实显示了某些碳杂化量的变化。前者证实了通过额外的氢化，sp^2烃转化为sp^3烃约10%，后者代表了化学构型从π* C{ \equiv }C和π* C=C到σ* C-H的变化。这些结果可以是一个证据的本地化氢在晶界上，这在终止悬挂键和不饱和键的一部分，他们是相关的光学和电学性能的薄膜研究在一些以前的研究。我们对氢化效应的光谱研究结合对光学和电学特性的讨论证实了氢化可以是在上述传感应用中增强光伏性能的有效工具。
2020-12-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Carbon and Boron Nitride nanostructures for Hydrogen storage applications through a theoretical perspective
综述了近年来碳和氮化硼纳米结构储氢材料的研究进展。碳和氮化硼纳米结构由于其重量轻和高表面积而被认为在这一前景中是有利的。许多研究人员已经强调了用于移动应用的原始结构的缺点。在这种情况下，考虑到弱范德华相互作用，因此，氢分子与主体材料弱键合，因此吸附能弱，氢分子吸收低。因此，为了调节吸附能以及整体动力学，许多研究者采用了诸如掺杂、轻碱-碱土金属装饰、空位、功能化、压力变化、施加外部电场和双轴应变的方法。原子修饰物理吸附储氢是一种很有前景的储氢方法。在此条件下，主体材料具有较高的存储容量，具有相当大的平均吸附能和可行的吸附/脱附动力学。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Prolonging Carrier Lifetime in P-type 4H-SiC Epilayer by Thermal Oxidation and Hydrogen Annealing
Xiamen University（厦门大学）；Jiujiang Research Institute of Xiamen University（厦门大学九江研究院）；Xiamen Institute of Technology（厦门理工学院）
本研究通过热氧化和氢退火工艺有效延长P型4H-SiC外延层的少数载流子寿命，提升高电压SiC双极器件性能。
2024-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Core-mantle partitioning and the bulk Earth abundances of hydrogen and carbon: Implications for their origins
本研究同时测定地球核形成条件下氢和碳的金属/硅酸盐分配系数，基于兼容地球成分的核形成场景建模，揭示地球氢碳丰度及起源，发现其组成物质需碳质球粒陨石贡献且部分源自非碳质球粒陨石。
2025-08-25 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
Preparation and Characterization of Metal-free graphitic Carbon Nitride Film Photocathodes for Light-induced Hydrogen Evolution
最近，已经表明，一种丰富的材料，聚合氮化碳，可以在可见光照射下在牺牲供体的存在下从水中产生氢[1]。我们将在这里提出的制备和表征的石墨氮化碳（g-C3 N4）的半导体衬底上的双氰胺前体在惰性气体条件下的热缩合膜。氮化碳薄膜的结构和表面形态的研究表明，g-C3 N4薄膜的高孔隙率的纳米微晶网络组成。光电化学研究表明，阴极极化光诱导析氢的质子浓度在很宽的范围内的水溶液电解质。此外，基于同步辐射的光电子能谱学已被应用于研究所使用的g-C3 N4薄膜光电阴极的表面/近表面的化学组成。首次表明g-C_3 N_4薄膜可以成功地用作光诱导析氢的光电化学材料。[1]X. Wang，K. Maeda，A. Thomas，K. Takanabe，G. Xin，J. M. Carlsson，K. Domen，M. Antonietti，Nature Mat. 2009，8，76-80.
2012-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Magnetic nanographite
氢化纳米石墨具有自发磁性。最近，我们提出氢化纳米石墨能够诱导有限磁化。我们对石墨烯带进行了理论研究，其中每个碳在一边与两个氢原子键合，在另一边与单个氢原子键合。应用局域自旋密度近似计算了带的电子能带结构，发现在费米能级处出现了自旋极化的平带。产生不同数量的单氢化碳和二氢化碳可以在纳米石墨中产生磁矩。
2002-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impact of hydrogenation on the structure, chemistry, and electrical properties of flame-synthesized carbon nanoparticle films
Università degli Studi di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；Istituto di Scienze e Tecnologie per l’Energia e la Mobilità Sostenibili, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会可持续能源与交通科学和技术研究所）；Istituto Nazionale di Astrofisica - Osservatorio Astronomico di Capodimonte（卡波迪蒙特国家天体物理研究所天文台）；NEST, Istituto Nanoscienze - CNR, and Scuola Normale Superiore（纳米科学研究所-意大利国家研究委员会，以及比萨高等师范学院）
本研究探讨了原子氢暴露对火焰合成碳烟纳米颗粒薄膜的影响，发现氢化引发CC交联网络形成，显著提升了薄膜的杨氏模量与电导率，并促使单颗粒从半导体性转变为半金属性。
2025-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals interaction between microparticle and uniaxial crystal with application to hydrogen atoms and multiwall carbon nanotubes
本文将van der Waals力的Lifshitz理论推广到原子（分子）与单轴晶体的平面、各向同性材料或单轴晶体构成的长圆柱或圆柱壳相互作用的情形。对于半空间或单轴晶体平板附近的微粒，给出了范德瓦尔斯和Casimir-Polder相互作用自由能的精确表达式。得到了微粒-圆柱相互作用自由能的近似表达式，当微粒-圆柱间距远小于圆柱半径时，该表达式变得精确。用所得的表达式研究了氢原子（分子）与石墨板或多壁碳纳米管之间的范德华相互作用。为了实现这一点，石墨介电常数沿虚频轴的行为被发现使用的普通和非常射线的石墨的复折射率的光学数据。结果表明，氢原子在多壁碳纳米管内部的位置比在外部的位置具有能量优势。
2005-03-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hybrid path integral Monte Carlo simulation of rigid diatomic molecules: effect of quantized rotations on the selectivity of hydrogen isotopes in carbon nanotubes
本文提出了一种多时间步算法，用于刚性线性转子的混合路径积分蒙特卡罗模拟。我们展示了如何计算所需的量子扭矩的模拟旋转密度矩阵，我们开发了一个近似的表达式，适用于异质结分子的情况下。我们用这种方法研究了转动量子化对碳纳米管量子筛分性质的影响，特别是在20 K下对-T2/对-H2的选择性。我们展示了如何经典地处理氢分子的一些自由度，并且我们发现，在零压力的极限下，旋转自由度的量子化性质极大地影响了选择性，特别是在（3，6）纳米管的情况下，这是我们所研究的最重要的管。我们还利用路径积分蒙特卡罗模拟计算了有限压力下不同氢同位素在碳纳米管内部的吸附等温线和相应的选择性。结果表明，选择性随压力的增大而增大，在饱和时趋于一个恒定值。我们使用一个简化的有效谐振子模型来讨论这种行为的起源。
2007-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Hydrogen dissociation catalyzed by carbon coated nickel nanoparticles: experiment and theory
基于实验测量和第一性原理计算的结合，我们报道了一种新型的碳基催化材料，并描述了在多层石墨烯包裹的镍纳米颗粒存在下，在室温下显著加速镁的氢化。与石墨和镍纳米颗粒的混合物相比，镁氢化速率的增加证明了所探索的纳米复合材料的固有催化性能。模拟结果表明，金属衬底的掺杂和Stone-Wales缺陷的存在使多层石墨烯从化学惰性模式转变为化学活性模式。讨论了纳米粒子的尺寸和温度对纳米粒子的影响。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Sodium-Decorated Ennea-Graphene: A Novel 2D Carbon Allotrope for High-Capacity Hydrogen Storage
本文通过DFT计算提出钠修饰的烯九石墨烯作为新型二维储氢材料，其每个钠原子可逆吸附4个H2分子，容量达8.8 wt%，超过美国能源部2025年目标。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hybrid Simulation between Molecular Dynamics and Binary Collision Approximation Codes for Hydrogen injection onto Carbon Materials
采用改进的Brenner反应经验键级（REBO）势的分子动力学（MD）模拟是研究核聚变装置偏滤器板上等离子体壁相互作用的有力工具。然而，MD模拟盒的尺寸小于几个纳米的计算机的性能。为了扩展MD模拟的规模，我们开发了一个混合的模拟代码之间的MD代码使用REBO势和二进制碰撞近似（BCA）代码。使用BCA代码代替计算MD模拟中每一步的所有具有高动能的粒子，节省了相当多的计算时间。通过对氢原子注入石墨的模拟实验，发现该混合模拟程序在大型模拟箱中也能有效地工作。
2010-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quantum Monte Carlo method for metal-film catalysis: water addition to carbon monoxide adsorbed on Pt/Al(111), a route to hydrogen
氢生产作为化石燃料的清洁，可持续替代品正在加快步伐。巴黎戴高乐机场的容量翻倍计划已经停止，即使是在即将到来的奥运会期间，也要等到氢动力飞机投入使用。因此，研究催化选择性制氢和优化催化剂结构是及时的。90%以上的化学品生产使用固体催化剂.研究了一氧化碳（CO）在廉价Al（111）支撑的铂薄膜上的吸附。一氧化碳与水反应产生氢气（水煤气变换）。量子蒙特卡罗方法是唯一一种足够精确的方法来研究在紧密堆积的Pt/Al（111）上催化反应的早期步骤。许多化学反应都涉及键的离解。这个过程通常是固体表面限速反应步骤的关键。由于Hartree-Fock和DFT方法对键断裂的描述很差，因此使用了我们的嵌入活性位点方法。这项工作展示了一种新的量子蒙特卡罗（QMC）方法。所研究的水煤气变换反应步骤是将水加到预先吸附在Al（111）支撑的Pt单分子膜上的CO上。水分子只是部分离解。它的氧原子与CO结合，产生吸附的COOH和Pt-H。这种协同增加是限速的。在随后的步骤中，吸附的甲酸盐物质（具有酸性氢）分解成二氧化碳，并且在质子迁移到Pt-H之后，获得清洁的产物H $_2$。发现QMC活化势垒为64.8 $\pm$ 1.5 kJ/mol。因此，QMC是令人鼓舞的调查类似的催化体系。
2022-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The effect of sorbed hydrogen on low temperature radial thermal expansion of single walled carbon nanotube bundles
本文用X射线衍射法研究了在T = 2.2-27 K范围内，正氢杂质对单壁碳纳米管束径向热膨胀（Ar）的影响。据发现，氢饱和的单壁碳纳米管束的负热膨胀的温度区间向较低的（相比于纯碳纳米管）温度和急剧增加的幅度（Ar）在整个温度范围内的调查。从单壁碳纳米管束组成的粉末，开放和封闭的端部的低温解吸H2进行了研究。
2009-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A new approach to separate hydrogen from carbon dioxide using graphdiyne-like membrane
为了分离氢气（$H_2$）和二氧化碳（$CO_2$）的混合气体，我们提出了一种新的方法，采用密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟，采用类石墨烯膜（GDY-H）。GDY-H是通过去除石墨二炔结构中三分之一的二炔（$-$ C $\equiv$ C $-$ C $\equiv$ C $-$）键连接并用氢原子取代而构建的。我们的DFT计算表现出较差的选择性和良好的渗透性$H_2$ / $CO_2$气体通过该膜。为了改善GDY-H膜用于$H_2$ / $CO_2$分离的性能，我们将两层GDY-H彼此相邻放置，它们之间的距离为2nm。然后，我们在两层之间插入1，3，5-三氨基苯。在该方法中，$H_2$ / $CO_2$的选择性从5.65增加到完全纯化的$H_2$气体。在20 K以上温度下，GDY-H膜对$H_2$的渗透率约为$10^8$气体渗透单位（GPU）。$H_2$渗透率远高于通常的工业极限值。此外，我们提出的方法显示了气体分离的选择性和渗透性参数之间的良好平衡，这是工业中$H_2$纯化和$CO_2$捕获过程的重要因素。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Water flow in single-wall nanotubes: Oxygen makes it slip, hydrogen makes it stick
实验测量已经报道了氮化硼纳米管中不存在的碳纳米管中的超快和半径依赖的水传输。尽管付出了相当大的努力，这种对比（和迷人的）行为的起源仍然不为人所知。在这里，借助基于机器学习的分子动力学模拟，提供第一原理的准确性，我们研究水在单壁碳和氮化硼纳米管的传输。我们的模拟揭示了一个大的，半径依赖的流体动力学滑动与水经历确实是一个$\approx 5$倍，碳表面上的摩擦相比，氮化硼。对两种材料的扩散机制的分析表明，碳上的快速水传输是由容易的氧运动控制的，而氮化硼上的更高摩擦力来自特定的氢-氮相互作用。这项工作不仅为单壁纳米管中的水流提供了前所未有的精确度，而且还为未来的技术应用提供了对其半径和材料依赖性的详细机理见解。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
