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
Polylithiated (OLi2) functionalized graphane as a potential hydrogen storage material
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了聚锂分子（OLi 2）功能化石墨烷（CH）的储氢量、稳定性、成键机理和电子结构.分子动力学（MD）证实了OLi 2的稳定性，Bader电荷分析描述了OLi 2与CH的成键机制，发现OLi 2在CH片上的结合能足够大，可以保证其均匀分布而不发生聚集.已经发现，每个OLi2单元可以吸附多达6个H2分子，导致12.90重量%的存储容量，其中吸附能在实际H2存储应用的范围内。
2012-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Metallic solid-state hydrogen storage crystals achieved through chemical precompression under ambient conditions
Key Laboratory of Material Simulation Methods & Software of Ministry of Education, College of Physics, Jilin University（吉林大学物理学院教育部材料模拟方法与软件重点实验室）；Institute of Atomic and Molecular Physics, Jilin University（吉林大学原子与分子物理研究所）；Institute of Theoretical Chemistry, College of Chemistry, Jilin University（吉林大学化学学院理论化学研究所）
通过化学预压缩在常温下实现稳定的金属固态氢存储晶体，突破高密度氢存储难题。
2025-12-31 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
The compression property of hydrogen at megabar pressures and the form of the repulsive interaction potential in hydrogen at short distances
结果表明，氢原子之间的相互作用势的排斥部分的斜率高于解离极限随着减少核间的分离。这种形式的排斥势解释了最近实验中得到的兆巴压力下氢同位素激波和准等熵压缩曲线斜率的减小[R. F. Trunin，V.D. Urlin和A. B. Medvedev，Phys.-美国\textbf{53}，577（2010），R. I. Ilkaev，\textit{et al.}，AIP Conf. Proc. \textbf{706}，73（2004）]。
2015-10-11 physics.atom-ph physics.chem-ph
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
High-capacity reversible hydrogen storage in scandium decorated holey graphyne: Theoretical perspectives
采用密度泛函理论和分子动力学模拟研究了一种新合成的碳同素异形体--钪修饰的多孔石墨炔的储氢性能。我们观察到一个多孔石墨炔晶胞可以吸附6个Sc原子，每个Sc原子可以吸附5个H $_2$分子，平均结合能为-0.36 eV/H $_2$，平均脱附温度为464 K.氢气的重量百分比为9.80%，这显著高于美国能源部6.5%的要求。通过Bader电荷分析，我们发现Sc原子的3d和4s轨道向多孔石墨炔的C-2 p轨道转移了1.9e电荷.氢分子通过库巴斯相互作用与钪原子键合。从头算分子动力学模拟证实了钪修饰的多孔石墨炔体系在高脱附温度下的结构完整性。足够的Sc原子扩散能垒的存在，确保避免在系统中的金属-金属集群。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Thermochemistry of Alane Complexes for Hydrogen Storage: A Theoretical and Experimental Comparison
铝烷（AlH 3）配合物与电子供体的相对稳定性的知识是必不可少的识别贮氢材料的车辆应用，可以再生的非车载方法，但是，几乎没有热力学数据，使这一评估。为了填补这一空白，我们采用G4（MP2）方法，以确定38铝烷配合物的形成热，熵，和吉布斯自由能与NH 3-nRn（R = Me，Et; n = 0-3），吡啶，吡嗪，三亚乙基二胺（TEDA），奎宁环，OH 2-nRn（R = Me，Et; n = 0-2），二氧六环，和四氢呋喃（THF）。被认为是magnesium，双，和选定的二聚体复杂的几何形状。使用这些数据，我们计算的热力学的关键形成和脱氢反应，将发生在氢气输送和铝烷再生，从复杂的稳定性的趋势被确定。这些预测进行了测试，通过合成六个胺-铝烷络合物，涉及三甲基胺，三乙胺，二甲基乙胺，TEDA，奎宁环，和六胺，并获得上限的δ G为它们形成的金属铝。结合这些计算和实验结果，我们建立了一个标准的复杂的稳定性相关的储氢，可用于评估潜在的配体之前，试图合成的铝烷络合物。基于此，我们得出结论，只有一个子集的叔胺络合物考虑和醚络合物可以成功地通过与铝的直接反应形成和再生的铝烷为基础的储氢系统。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Ferrocene-functionalized covalent organic framework exceeding the ultimate hydrogen storage targets: a first-principles multiscale computational study
Michigan State University（密歇根州立大学）
铁ocene修饰的共价有机框架通过多尺度计算研究实现了超越氢气存储极限的性能，为高效氢气存储材料提供了新的解决方案。
2026-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Effect of Li Adsorption on the Electronic and Hydrogen Storage Properties of Acenes: A Dispersion-Corrected TAO-DFT Study
由于强的静态关联效应和非共价相互作用的存在，用传统的电子结构方法精确预测含n个线性稠合苯环（n = 3 - 8）的锂吸附并苯的电子和储氢性质是非常具有挑战性的.为了应对这一挑战，我们使用我们最近开发的热辅助占据密度泛函理论（TAO-DFT）与色散校正研究这些属性。与纯并苯相反，Li吸附的并苯上的H2分子的结合能在理想的结合能范围内（约20至40 kJ/mol每H2）。此外，Li吸附的并苯的H2重量储存容量在9.9至10.7重量%的范围内，满足美国能源部（USDOE）7.5重量%的最终目标。在我们的研究结果的基础上，锂吸附并苯可以是高容量的贮氢材料可逆吸放氢在环境条件下。
2016-08-06 physics.chem-ph physics.comp-ph
Reversible hydrogen storage capacity of Sc and Y functionalized [1,1]paracyclophane: Insights from density functional study
本文报道了用色散校正的密度泛函理论计算Sc和Y官能化的[1，1]对环芳的储氢和放氢能力。Sc和Y原子与[1，1]对环芳烷的苯环形成强键。在[1，1]对环芳烷上官能化的每个Sc和Y原子通过Kubas相互作用吸附多达6个H2分子，分别实现高达8.22重量%和6.33重量%的最大重量密度。计算的平均氢吸附能（0.36 eV）低于化学吸附，但高于物理吸附过程。动力学稳定性通过HOMO-LUMO间隙和不同的全球反应描述符进行了验证。ADM分子动力学模拟揭示了H2分子在充分高于室温时的吸附可逆性和主体材料在500 K时的固态性。在1个大气压下，Sc和Y修饰体系的平均Van 'tHoff脱附温度分别为439 K和412 K。估计的可再生氢容量被发现为5.92wt%和5.87wt%的氢，其满足美国能源部的氢能标准（到2025年）。因此，我们认为Sc和Y官能化的[1，1]对环芳烷可以被认为是一种在环境中具有潜在可逆性的贮氢材料。
2022-02-27 physics.chem-ph
Photochemical Hydrogen Storage with Hexaazatrinaphthylene (HATN
当用紫光照射时，六氮杂三萘（HATN）从醇中提取氢原子，形成长寿命的氢化物质。氘代甲醇中荧光衰减时间的表观动力学同位素效应（1.56）表明，分子的最低单重激发态是分子间氢转移的前体。光化学氢化发生在几种醇（甲醇，乙醇，异丙醇），但不是在水中。氢化的HATN可以通过1.78 eV的吸收带以及EPR和NMR技术进行光学检测。光产物的质谱显示二氢化HATN结构以及通过与甲氧基自由基（醇裂解的残余物）反应产生的甲氧基化和甲基化HATN分子。实验结果与理论预测一致，即在HATN-溶剂分子复合物的激发态，存在甲醇的无势垒氢转移，而水的类似氧化反应只有一个小势垒.
2022-05-27 physics.chem-ph
Scandium decorated C$_{24}$ fullerene as high capacity reversible hydrogen storage material: Insights from density functional theory simulations
利用第一性原理密度泛函理论模拟，我们观察到钪修饰的C $_{24}$富勒烯可以吸附多达6个氢分子，平均吸附能为-0.35 eV/H $_2$，平均脱附温度为451 K.钪修饰的C $_{24}$富勒烯体系的氢的重量wt %为13.02%，这充分高于美国能源部的要求。电子结构，轨道相互作用，和电荷转移机制的状态，空间电荷密度差图，和Bader电荷分析的密度进行了解释。从钪的3d和4s轨道到C $_{24}$富勒烯的2 p碳轨道的电荷转移总量为1.44 e。氢分子通过Kubas型相互作用与钪修饰的C $_{24}$富勒烯连接。扩散能垒的计算预测，存在一个足够的能量障碍，将防止金属-金属集群。从头算分子动力学模拟证实了在最高脱附温度下结构的坚固性。因此，我们认为钪修饰的C $_{24}$富勒烯体系是一种性能稳定、有前途的可逆高容量储氢器件。
2021-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Hydrogen bond relaxation dynamics and the associated symmetric, volumetric, vibronic, and phase transitional anomalies of frozen H2O under compression
在“O ~ 2-：H ~+/p-O ~ 2-”氢键中，非均匀成键的“-”电子对和非成键的“：”电子对之间的库仑排斥作用导致了低压缩性、声子弛豫动力学、氢键中质子对称化以及冰在压缩下发生VIII-VII相变的临界温度的变化.压缩力、排斥力和电子对的不均匀结合强度的合力使较软的分子间“O ~（2-）：H ~+/p”非键孤对电子被高度压缩和硬化，而较硬的分子内“H ~+/p-O ~（2-）”键被拉长和软化。因此，较软的非键声子（< 400 cm-1）被硬化，而较硬的键声子（> 3000 cm-1）在压缩时被软化。非键压缩和真实键伸长导致O2--H+/p：O2-对称化和冰的低压缩性。研究结果应该成为揭示H2O在各种刺激下的物理异常的起点。
2011-10-12 cond-mat.other physics.chem-ph
Density Functionals for Hydrogen Storage: Defining the H2Bind275 Test Set with Ab Initio Benchmarks and Assessment of 55 Functionals
高效和高容量的存储材料对于氢基经济是不可或缺的。计算机工具可以加速发现具有最佳氢吸附性能的新吸附材料的过程。密度泛函理论很有可能成为高通量筛选潜在材料的一个非常有用的工具。在这项工作中，我们已经确定了密度泛函近似，提供了良好的性能，氢结合的应用程序后，双管齐下的方法。首先，我们编制了一个数据集（H2 Bind 275），全面代表了氢结合问题，捕获贮氢材料中遇到的结合位点的化学和机械多样性。我们还计算了参考相互作用能为这个数据集使用耦合集群理论。其次，我们评估了55个密度泛函近似预测H $_2$相互作用能的性能，并确定了两个混合密度泛函（$ω$ B 97 X-V和$ω$ B 97 M-V），两个双混合密度泛函（DSD-PBEPBE-D3（BJ）和PBE 0-DH）和一个半局域密度泛函（B 97 M-V）作为最佳性能。我们已经推荐了经验色散修正系统欠约束密度泛函，如revPBE，BLYP和B3 LYP的性能改善，在可以忽略不计的额外成本。我们还推荐使用def 2-TZVPP基组，因为它代表了精度和成本之间的良好折衷，将有限基组误差限制在1 kJ/mol以下。
2020-06-24 physics.chem-ph
Transition from chemisorption to physisorption of H2 on Ti functionalized [2,2,2]paracyclophane: A computational search for hydrogen storage
本文采用密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了钛功能化的[2，2，2]对环芳烷（PCP 222）的吸放氢性能和储氢性能。Ti原子通过杜瓦相互作用与PCP 222的苯环形成强键。随后，扩散能垒的计算揭示了5.97 eV的显著高的能垒，防止了Ti在PCP 222表面上的聚集。在吸附氢时，第一个H2分子被化学吸附在PCP 222上，与Ti金属的结合能为1.79 eV。然而，进一步加入H2分子，通过Kubas型H2相互作用显示其在PCP 222-Ti上的物理吸附。通过Hirshfeld电荷分析和静电势图探讨了氢吸附过程中的电荷转移机制，通过PDOS和Baders拓扑分析揭示了Ti与H2相互作用的本质。用三个Ti原子官能化的PCP 222显示出高达7.37wt%的最大氢吸收能力，这相当高于US-DOE标准。实际的H2存储估计表明，在环境条件下，高达6.06重量%的H2分子的重量密度可以使用，和高达1.31重量%的吸附的H2分子保留与主机。的ANOMA分子动力学模拟保证了可逆性的解吸吸附的H2和结构完整性的主机材料在充分高于解吸温度（300 K和500 K）。因此，Ti官能化的PCP 222可以被认为是一种生物学上可行的和潜在可逆的H2存储材料。
2023-01-10 physics.chem-ph
Superhalogens as Building Blocks of Complex Hydrides for Hydrogen Storage
超卤素是指电子亲合势（EA）或垂直脱离能（VDE）超过卤素的物质。这些物质通常由中心正电性原子和负电性配体组成。超卤素配体可以进一步提高物种的EA或VDE，称为超卤素。在确定BH_4 ~-为超卤素离子后，我们用密度泛函理论研究了BH_4-x（BH_4）_x ~-（x = 1 ~ 4）超卤素阴离子及其Li配合物LiBH_4-x（BH_4）_x.这些阴离子的VDE大于BH 4-的VDE，其随外围BH 4基团数目（x）的增加而增加。LiBH_4-x（BH_4）_x复合物的储氢容量比LiBH_4高，但结合能比LiBH_4小。建立了LiBH_（4-x）（BH_（4））_x配合物的脱氢能与BH_（4-x）（BH_（4））_x-阴离子的VDE之间的线性关系。发现这些络合物对离解成LiBH 4和硼烷是化学稳定的。本研究不仅证明了超卤素在设计储氢新材料中的作用，而且也激发了实验人员合成LiBH 4-x（BH 4）x（x = 1 ~ 4）配合物。
2016-04-02 physics.chem-ph
Hydrogen storage in Li functionalized [2,2,2]paracyclophane at cryogenic to room temperatures: A computational quest
本文采用色散校正的密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了锂功能化的[2，2，2]对环芳烷（PCP 222）的吸放氢性能和储氢性能。发现Li原子通过杜瓦相互作用与PCP 222的苯环形成强键。随后，扩散能垒的计算揭示了1.38 eV的显著高的能垒，防止了Li在PCP 222上的聚集。主体材料PCP 222 -3Li通过电荷极化机制吸附多达15 H2分子，平均吸附能为0.145 eV/5 H2，表明吸附为物理吸附类型。用三个Li原子官能化的PCP 222显示出最大的吸氢容量高达8.32wt%，这相当高于US-DOE标准。实际储存估算表明，在260 K-300 K和1-10 bar的压力范围内，PCP 222 -3Li 100%脱附吸附的H2分子。由Vant-Hoff关系估计的最大H2脱附温度被发现在1巴和5巴下分别为219 K和266 K。在高于脱附温度（300 K和500 K）的条件下，ANO 3分子动力学模拟保证了吸附H2的可逆性和主体材料的结构完整性.因此，Li-官能化的PCP 222可以被认为是在室温以下在化学上可行的和潜在可逆的H2储存材料。
2023-01-10 physics.chem-ph
Effect of Li Termination on the Electronic and Hydrogen Storage Properties of Linear Carbon Chains: A TAO-DFT Study
由于强的静态关联效应的存在，精确预测具有n个碳原子（n = 5 - 10）的直链碳链（Cn）和Li封端的直链碳链（Li2Cn）的电子和储氢性质对于传统的电子结构方法是非常具有挑战性的。为了应对这一挑战，我们研究了这些属性，使用我们新开发的热辅助占据密度泛函理论（TAO-DFT），一个非常有效的电子结构方法的研究具有强静态相关效应的大系统。由于Cn和Li_2Cn的反应活性随n的变化而改变，它们的电子性质出现了奇-偶振荡，与Cn相反，H_2分子在Li_2Cn上的结合能处于（或接近）理想结合能范围（约20~40 kJ/mol/H_2）。此外，Li2Cn的H2重量储存容量在10.7至17.9重量%的范围内，满足美国能源部（USDOE）7.5重量%的最终目标。根据我们的研究结果，Li2Cn可以是高容量的贮氢材料，在近环境条件下可逆的吸放氢。
2017-02-13 cond-mat.str-el physics.atm-clus physics.chem-ph
