Hydrogen storage with titanium-functionalized graphene
我们报告了在钛覆盖的石墨烯上的氢吸附和解吸，以测试使用金属原子官能化的石墨烯用于储氢的理论建议。在室温下，钛岛以约10 nm的平均直径生长。然后将样品与氢一起加载，并通过热脱附光谱研究其脱附动力学。在400 ~ 700 K的温度范围内观察到氢的脱附现象。我们的研究结果表明，在室温下的氢结合的稳定性，并表明，氢解吸在中等温度下符合实际储氢应用所需的。
2013-12-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
The Influence of Graphene Curvature on Hydrogen Adsorption: Towards Hydrogen Storage Devices
原子氢在石墨烯上化学吸附的能力使后者成为一种有前途的储氢材料。基于扫描隧道显微镜技术，我们报道了原子氢在SiC（0001）表面生长的单层石墨烯的凸曲面区域上的选择性吸附。由于与衬底的相互作用，该系统表现出固有曲率。我们发现，在低覆盖率氢被发现在石墨烯晶格的凸区域。在凹面区域未检测到氢。这些发现与理论模型一致，该模型表明结合能和吸附势垒都可以通过控制石墨烯晶格的局部曲率来调节。这种曲率依赖性与已知的石墨烯柔性相结合，可以用于在室温下储存和控制释放氢，使其成为用于实施氢储存装置的有价值的候选者。
2013-11-28 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Hydrogen Storage on Platinum-Decorated Carbon Nanotubes with Boron, Nitrogen Dopants or Sidewall Vacancies
用第一性原理计算方法研究了氢分子与铂修饰的碳纳米管（CNTs）之间的相互作用.研究了氢分子在四种Pt修饰的碳纳米管上的吸附模式，计算了投影在Pt原子上的偏态密度，揭示了氢分子、掺杂剂和空位数对吸附模式的响应。结果发现，B-，N-掺杂剂或侧壁空位可以调节氢分子和沉积在有缺陷的CNT上的Pt原子之间的结合能，而不减少化学吸附在Pt原子上的氢分子的最大数量。结果表明，在未掺杂的碳纳米管或掺杂了硼、氮的碳纳米管上，第一个H2与Pt原子的结合能很强，因此在这三种情况下，每个Pt原子只能在环境条件下释放第二个H2。然而，当Pt原子沉积在具有侧壁空位的CNT上时，它可以在环境条件下吸附和解吸两个氢分子。
2011-04-15 cond-mat.mes-hall
Discovery of nanographene for hydrogen storage solving low reversibility issues
基于密度泛函理论计算发现，空位中心六角扶手椅型纳米石墨烯（VANG）具有良好的吸放氢可逆性. VANG在中心处具有三重氢化空位（V $_{111}$），并作为自催化性质以降低氢吸收-释放的活化势垒。我们发现了显着的功能，在几乎相等的值的活化能势垒为1.19 eV的吸氢和1.25 eV的氢释放V $_{111}$的VANG。脱氢反应表现出轻微的放热反应，而氢化反应则表现出轻微的吸热反应，这表明了氢的吸收-释放效率。在高氢覆盖率下，形成五重氢化空位（V $_{221}$），其中一些氢化位于面内和扶手椅边缘。该结构产生从面内放热的氢释放，具有不超过2 eV的能垒。这一发现潜在地解决了有机化学物作为贮氢材料的低可逆性问题。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement in hydrogen storage capacities of light metal functionalized Boron Graphdiyne nanosheets
最近实验合成的二维（2D）硼石墨（BGDY）纳米片促使我们研究其结构，电子和能量存储性能。BGDY是一个特别有吸引力的候选人，由于均匀分布的孔，可以结合轻金属原子。我们的DFT计算表明，BGDY可以容纳多种轻金属掺杂剂（Li，Na，K，Ca）具有显着高的结合能。通过从头算分子动力学模拟证实了金属功能化BGDY单分子膜的稳定性。此外，掺杂剂和BGDY片之间的显著电荷转移使得金属具有显著的正电荷，这是以适当的结合能吸附氢（H2）分子的先决条件。这导致Li、Na、K和Ca掺杂剂的特别高的H2存储容量分别为14.29、11.11、9.10和8.99重量%。这些H2存储容量比许多2D材料（例如石墨烯、石墨烷、石墨二炔、石墨炔、C2 N、硅烯和磷烯）高得多。所有研究系统的平均H2吸附能落在0.17-0.40 eV/H2的理想窗口内。我们还进行了热力学分析，研究了H2的吸附/脱附行为，这证实了H2分子的脱附发生在实际的压力和温度条件下。
2019-03-25 cond-mat.mes-hall
Sealing off a carbon nanotube with a self-assembled aqueous valve for the storage of hydrogen in GPa pressure
碳纳米管的端部，通过酸处理切割，含有碳氧基团。水分子可以在这些基团周围自组装，以密封碳纳米管并形成“水阀门”。分子动力学模拟表明，在高压氢存在和不存在的条件下，水阀门的形成都可以在带有悬挂羧基的单壁（12，12）和（15，15）管上实现.此外，通过水瓣膜的显着扩散障碍被确定。这表明，这种阀门可以容纳氢气在管内的GPa压力。通过熔化“水阀门”，可以很容易地释放氢气。这样的设计提供了一种可回收和非破坏性的方式来储存GPa压力下的氢。在通过将容器密封在液态水中所规定的储存条件下，容器内的氢密度高于固体氢的氢密度，这保证了优异的重量储存效率。
2012-06-29 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Optical readout of hydrogen storage in films of Au and Pd
对于氢传感器和存储应用，Au和Pd的膜（i）以不同的速率共溅射或（ii）以顺序的逐层方式沉积在盖玻片上。使用1.3微米波长的光光学监测氢吸收和释放的特性。对于厚度为10-30 nm的氢化富Pd膜，观察到光学透射率的增加。与氢吸收相比，氢释放最多慢三倍。Au：Pd的组成比和膜的热处理提供了对光学消光变化和氢吸收/释放时间常数的控制。在退火的Au：Pd膜中观察到更高的吸收和释放速率，与在室温下沉积的那些相比，并且对于更富Au的膜更快。三个主要参数相关的传感器：灵敏度，选择性，稳定性（再现性）一起讨论的Au：Pd合金的氢化机制。
2017-06-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Influence of compressive strain on the hydrogen storage capabilities of graphene: A density functional theory study
原始石墨烯不适合在环境条件下储氢，因为它仅通过范德华相互作用结合氢分子。然而，氢分子的吸附能可以通过在石墨烯单层上掺杂或修饰金属原子来提高。由于氢吸附中的氧干扰和金属原子的聚集问题，掺杂和装饰过程是具有挑战性的。为了提高石墨烯的吸氢能力，我们研究了压缩应变下石墨烯单层的储氢性能。我们发现，在6%的双轴压缩应变下，石墨烯的4 * 4 * 1超晶胞可以在石墨烯表面上方吸附10个H $_2$分子。H $_2$的平均结合能为-0.42 eV/H $_2$，非常适合可逆氢吸附.我们提出，石墨烯的4 * 4 * 1超级电池可以吸附总数为20个H $_2$分子，导致9.4%的高氢吸收。用分电子态密度图和表面电荷密度图研究了碳、氢原子轨道间的相互作用和电荷转移过程。在压缩应变的存在下，石墨烯的C-C键周围的电子密度增加，由此氢分子被强烈吸附。
2022-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Li-decorated BC3 nanopores: Promising materials for hydrogen storage
本研究通过密度泛函理论和量子热力学模型，发现Li修饰的BC3狭缝孔在中等温度和较低压力下可实现优于石墨烯和硼烯的储氢容量，并满足美国能源部车载储氢目标，突出了H2转动自由度对储氢性能的关键影响。
2023-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of high-capacity hydrogen storage using carbon atomic chains: the role of terminations
采用第一性原理密度泛函理论计算了不同末端碳原子链的储氢容量。与H-封端链上的H2的物理吸附不同，我们表明，两个Li（Na）原子，每个封端的碳链的一端可以容纳10个H2分子，具有最佳的结合能，用于室温储存。Li 2 p态与H2 σ轨道的杂化有助于H2吸附。然而，H2分子对Na的结合机制仅来自带电Na原子与H2之间的极化相互作用。此外，由于Li 2s 2 p（Na 3s）和C 2 p态之间的电荷转移，额外的H2分子可以结合到链末端的碳原子上。重要的是，这些孤立的金属封端的链的二聚化不影响氢结合能显着。此外，单链可以通过终止在C60簇上而有效地稳定。在Li涂覆的C60-Cn-C60（n = 5，8）上的氢吸收> 10重量%的情况下，Li 12 C60-Cn-Li 12 C60络合物可以充当比（Li 12 C60）2二聚体更好的聚合物结构单元，而不减少每个Li吸附的H2分子的数量。这些发现为基于末端sp碳链的团簇组装储能材料的设计提供了一条新的途径。
2010-07-22 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus
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
Hydrogen spillover and storage on graphene with single-site Ti catalysts
氢溢出和存储的单中心金属催化剂，包括单原子催化剂（SAC）和单纳米簇催化剂，已阐明了各种支持，但仍然知之甚少的惰性碳载体。在这里，我们使用同步辐射为基础的方法来调查的作用，单点钛催化剂的石墨烯的氢溢出和存储。我们的原位角分辨光电子能谱的结果表明，带隙开放和X射线吸收光谱揭示了C-H键的形成，都表明部分石墨烯氢化。随着Ti沉积和H2暴露的增加，Ti原子倾向于聚集以形成纳米簇催化剂，并产生13.5%的sp3杂化碳原子，对应于1.11重量%的储氢容量（不包括Ti纳米簇的重量[1]）。我们的研究结果表明，一个简单的溢出过程在钛SAC可以导致共价氢键的石墨烯，从而提供了一个合理的设计碳负载单中心催化剂的策略。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hydrogen storage in MOF-5: A van der Waals density functional theory study
氢分子在金属有机骨架（MOFs）中的物理吸附是一种很有前途的储氢方法，其中范德华力（vdW）起着重要作用，但密度泛函理论（DFT）无法描述。采用vdW密度泛函方法，系统地研究了氢分子在MOF-5晶体中的结合能。我们首先检查这种方法的准确性，通过比较其结果与从晶体中切出的几个片段模型的相关量子化学方法。通过对原始晶胞中吸附一个或多个H $_2$的真实晶体结构的计算，我们发现这些碎片模型不能很好地代表晶体的性质，而这些性质又不能用量子化学方法来处理。发现与有机连接体的结合能远小于与金属氧化物角的结合能，这限制了H $_2$的负载。我们表明，这可以得到显着改善（从5.50至10.39千焦/摩尔），通过用F原子，引起额外的静电相互作用的有机连接体的H原子取代。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly Efficient Hydrogen Storage of Sc Decorated Biphenylene Monolayer near Ambient-temperature: An Ab-initio Simulation
社会发展对能源的需求日益增长，需要用替代和绿色燃料来满足，如氢能，以实现持久和可持续的文化。氢经济的一个重要组成部分是其储存效率。采用第一性原理密度泛函理论（DFT）和从头算分子动力学（AIMD）方法研究了一种新合成的Sc修饰的联苯（BPh）的储氢性能.钪以~ 3.84 eV的结合能强烈地附着在BPh片上，并且修饰在BPh上的单个Sc可以吸收最多5个H $_2$分子，导致11.07的高重量百分比，这显著高于DoE的最终标准（6.5 wt%）。根据范特霍夫方程，强、弱吸附氢对应的脱附温度分别为200 K和397 K，平均脱附温度为305 K。Sc与BPh的高结合是由于Sc的3d轨道向C的2 p轨道提供电荷。吸附态H $_2$与BPh+Sc之间的相互作用是由于Sc的3d轨道向H $_2$分子的$σ$ * 键的电荷转移和H $_2$分子的$σ$键向Sc的空3d轨道的反馈，即Kubas型相互作用。此外，声子和AIMD模拟证实了BPh+Sc的稳定性，并且能量势垒的存在表明BPh上没有Sc-Sc聚集的可能性。因此，理论上稳定的BPh+Sc具有较高的重量百分比，平均脱附温度为305 K，可能是一种潜在的固体储氢器件。
2023-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The high hydrogen adsorption rate material based on graphane decorated with alkali metals
石墨烷与碱金属（Li、Na、K）的化学键合被认为是一种潜在的储氢材料。从头计算结果表明，这种材料可以吸附多达4个氢分子的Li，Na和K金属原子。这些值分别对应于12.20重量%、10.33重量%和8.56重量%的氢，并且超过DOE要求。热力学分析表明，在300 K和5 ~ 250 atm的压力范围内，Li-石墨烷配合物具有每个金属原子吸附3个氢分子的能力，是最有前途的储氢材料。
2013-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polymer Stable Magnesium Nanocomposites Prepared by Laser Ablation for Efficient Hydrogen Storage
氢是一种有前景的替代能源载体，由于其突出的优点，如高能量密度（142 MJ/kg）、多种潜在来源（例如水、生物质、有机物）和低环境影响（水是唯一的燃烧产物），其可以潜在地促进从化石燃料向清洁能源的转变。然而，由于其重量轻，氢的有效储存仍然是一个研究热点。在这方面已经考虑了各种固体介质，其中氢化镁作为提供明显优势的候选者而脱颖而出。最近的理论工作表明，MgH2变得不太稳定的颗粒直径小于2 nm。我们的密度泛函理论（密度泛函理论）模拟研究表明，对应于2个晶胞厚度（1.6 μ Mg/3.0 μ MgH_2）的薄膜的最小焓变为57.7 kJ/mol Mg。该焓变比体相的焓变小10 kJ/molMg以上。值得注意的是，适用于移动存储应用的系统的焓变范围在298 K时为15至24 kJ permolH。开发空气/稳定Mg/纳米晶体的重要关键是使用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）作为包封剂。在我们的工作中，我们使用激光烧蚀，一种非电化学方法，用于生产分散良好的纳米颗粒，而不存在任何长程聚集。所观察到的聚合物/稳定的Mg-纳米颗粒的改善的氢化特性与制备过程相关，并且在任何情况下，聚合物激光烧蚀是用于生产空气/受保护的且廉价的Mg/纳米颗粒的新方法。
2013-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.chem-ph
