搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

单壁碳纳米管低温及常温下储氢行为的模拟计算研究

沈超 胡雅婷 周硕 马晓兰 李华

引用本文:
Citation:

单壁碳纳米管低温及常温下储氢行为的模拟计算研究

沈超, 胡雅婷, 周硕, 马晓兰, 李华

The grand canonical Monte Carlo simulation of hydrogen physisorption on single-walled carbon nanotubes at the low and normal temperatures

Shen Chao, Hu Ya-Ting, Zhou Shuo, Ma Xiao-Lan, Li Hua
PDF
导出引用
  • 采用巨正则系综蒙特卡罗方法, 通过含有此方法模块的GULP软件, 系统地研究了扶手椅式单壁碳纳米管在低温和常温下的储氢性能, 给出了5种半径的扶手椅管在液氮温度(77 K)和常温(280 K)下的吸附等温线, 同一管径在不同温度不同压强下氢分子在碳纳米管中的分布构型图等. 对77 K和280 K下不同压强不同管径的碳纳米管储氢能力做了较为全面的对比分析, 最后根据模拟计算的结果, 对碳纳米管储氢能力的强化提出了一些建设性意见.
    In this article, the grand canonical Monte Carlo (GCMC) method included in GULP software system is adopted to study the hydrogen storage properties of armchair-type single-walled carbon nanotubes (SWNT) with at the low and normal temperatures. The adsorption isotherms with five different radii of SWNT at T=77 K and T=280 K are obtained. The manifold configuration diagrams of hydrogen molecule in the carbon nanotubes with the same caliber at different temperatures and pressures are also given. A further study on hydrogen physisorption is carried out under different pressures and different diameters of carbon nanotubes, separately, at temperatures of 77 K and 280 K, and the results are compared with each other. Finally, we put forward some constructive suggestions about how to improve the adsorption capacity of SWNT according to the results of our GCMC simulation. This may be useful for further investigation.
    [1]

    Chen H M 2000 Chin. J. Nat. 22 249 (in Chinese) [成会明 2000 自然杂志 22 249]

    [2]

    Veziroü T N 2008 Energy Convers. Manage. 49 1820

    [3]

    Momirlan M, Veziroglu T N 2005 Int. J. Hydrogen Energy 30 795

    [4]

    Yang S Y 2009 Acta Phys. Sin. 38 181 (in Chinese) [杨身园 2009 物理学报 38 181]

    [5]

    Niu X L, Deng Y F, Li X 2009 Acta Phys. Sin. 58 7317 (in Chinese) [牛雪莲, 邓玉福, 李雪 2009 物理学报 58 7317]

    [6]

    Tang Y H, Lin L W, Guo C 2006 Acta Phys. Sin. 55 4197 (in Chinese) [唐元洪, 林良武, 郭池 2006 物理学报 55 4197]

    [7]

    Yi S P, Zhang H Y, Ou Y Y, Wang Y H, Pang J S 2006 Acta Phys. Sin. 55 2644 (in Chinese) [易双萍, 张海燕, 欧阳玉, 王银海, 庞晋山 2006 物理学报 55 2644]

    [8]

    Zheng H, Wang S Q, Cheng H M 2005 Acta Phys. Sin. 54 4852 (in Chinese) [郑宏, 王绍青, 成会明 2005 物理学报 54 4852]

    [9]

    Dresselhaus M S 2012 Phys. Scr. 146 014002

    [10]

    Han S S, Lee H M 2004 Carbon 42 2169

    [11]

    Dillon A C, Jones K M, Bekkedahl T, Kiang C, Bethune D S, Heben M J 1997 Nature 386 377

    [12]

    Ye Y, Ahn C C, Witham C, Fultz B 1999 Appl. Phys. Lett. 74 2307

    [13]

    Chen P, Wu X, Lin J, Tan K L 1999 Science 285 91

    [14]

    Liu C, Fan Y Y, Liu M, Cong H T, Cheng H M, Dresselhaus M S 1999 Science 286 1127

    [15]

    Lee S M, Lee Y H 2000 Appl. Phys. Lett. 76 2877

    [16]

    Darkrim F, Levesque D 2000 J. Phys. Chem. B 104 6773

    [17]

    Poirier E, Chahine R, Benard P, Cossement D, Lafi L, Melancon E, Bose T K, Desilets S 2004 Appl. Phys. A 78 961

    [18]

    Yang R T 2000 Carbon 38 623

    [19]

    Hirscher M, Becher M, Haluska M, Zeppelin F V, Chen X H, Dettlaff W U, Roth S 2003 J. Alloys Compd. 356 433

    [20]

    Zhou Y P, Feng K, Sun Y, Zhou L 2003 Prog. Chem. 15 345

    [21]

    Tibbetts G G, Meisner G P, Olk C H 2001 Carbon 39 2291

    [22]

    Gordon P A, Saeger R B 1999 Ind. Eng. Chem. Res. 38 4647

    [23]

    Luxembourg D, Flamant G, Guillot A, Laplaze D 2004 Mater. Sci. Eng. B 108 114

    [24]

    Shen K, Xu H F, Jiang Y B, Pietraß T 2004 Carbon 42 2315

    [25]

    Gale J D 1997 J. Chem. Soc. 93 629

    [26]

    Williams K A, Eklund P C 2000 Chem. Phys. Lett. 320 352

    [27]

    Cheng J R, Yuan X H, Zhao L, Huang D C, Zhao M, Dai L, Ding R 2004 Carbon 42 2019

    [28]

    Cheng J R, Zhang L B, Ding R, Ding Z F, Wang X, Wang Z 2007 Int. J. Hydrogen Energy 32 3402

    [29]

    Hu Y T, Zhou S, Ma X L, Li H 2012 J. Synth. Cryst. 41 287 (in Chinese) [胡雅婷, 周硕, 马晓兰, 李华 2012 人工晶体学报 41 287]

    [30]

    Johnson J K, Zollweg J A, Gubbins K E 1993 Mol. Phys. 78 591

    [31]

    Monthioux M, Serp P, Flahaut E, Razafinimanana M, Laurent C, Peigney A, Bacsa W, Broto J M 2010 Springer Handbook of Nano-technology (3rd Edn.) (Berlin: Springer-Verlag) p47

    [32]

    Hynek S, Fuller W, Bentley J 1997 Int. J. Hydrogen Energy 22 601

  • [1]

    Chen H M 2000 Chin. J. Nat. 22 249 (in Chinese) [成会明 2000 自然杂志 22 249]

    [2]

    Veziroü T N 2008 Energy Convers. Manage. 49 1820

    [3]

    Momirlan M, Veziroglu T N 2005 Int. J. Hydrogen Energy 30 795

    [4]

    Yang S Y 2009 Acta Phys. Sin. 38 181 (in Chinese) [杨身园 2009 物理学报 38 181]

    [5]

    Niu X L, Deng Y F, Li X 2009 Acta Phys. Sin. 58 7317 (in Chinese) [牛雪莲, 邓玉福, 李雪 2009 物理学报 58 7317]

    [6]

    Tang Y H, Lin L W, Guo C 2006 Acta Phys. Sin. 55 4197 (in Chinese) [唐元洪, 林良武, 郭池 2006 物理学报 55 4197]

    [7]

    Yi S P, Zhang H Y, Ou Y Y, Wang Y H, Pang J S 2006 Acta Phys. Sin. 55 2644 (in Chinese) [易双萍, 张海燕, 欧阳玉, 王银海, 庞晋山 2006 物理学报 55 2644]

    [8]

    Zheng H, Wang S Q, Cheng H M 2005 Acta Phys. Sin. 54 4852 (in Chinese) [郑宏, 王绍青, 成会明 2005 物理学报 54 4852]

    [9]

    Dresselhaus M S 2012 Phys. Scr. 146 014002

    [10]

    Han S S, Lee H M 2004 Carbon 42 2169

    [11]

    Dillon A C, Jones K M, Bekkedahl T, Kiang C, Bethune D S, Heben M J 1997 Nature 386 377

    [12]

    Ye Y, Ahn C C, Witham C, Fultz B 1999 Appl. Phys. Lett. 74 2307

    [13]

    Chen P, Wu X, Lin J, Tan K L 1999 Science 285 91

    [14]

    Liu C, Fan Y Y, Liu M, Cong H T, Cheng H M, Dresselhaus M S 1999 Science 286 1127

    [15]

    Lee S M, Lee Y H 2000 Appl. Phys. Lett. 76 2877

    [16]

    Darkrim F, Levesque D 2000 J. Phys. Chem. B 104 6773

    [17]

    Poirier E, Chahine R, Benard P, Cossement D, Lafi L, Melancon E, Bose T K, Desilets S 2004 Appl. Phys. A 78 961

    [18]

    Yang R T 2000 Carbon 38 623

    [19]

    Hirscher M, Becher M, Haluska M, Zeppelin F V, Chen X H, Dettlaff W U, Roth S 2003 J. Alloys Compd. 356 433

    [20]

    Zhou Y P, Feng K, Sun Y, Zhou L 2003 Prog. Chem. 15 345

    [21]

    Tibbetts G G, Meisner G P, Olk C H 2001 Carbon 39 2291

    [22]

    Gordon P A, Saeger R B 1999 Ind. Eng. Chem. Res. 38 4647

    [23]

    Luxembourg D, Flamant G, Guillot A, Laplaze D 2004 Mater. Sci. Eng. B 108 114

    [24]

    Shen K, Xu H F, Jiang Y B, Pietraß T 2004 Carbon 42 2315

    [25]

    Gale J D 1997 J. Chem. Soc. 93 629

    [26]

    Williams K A, Eklund P C 2000 Chem. Phys. Lett. 320 352

    [27]

    Cheng J R, Yuan X H, Zhao L, Huang D C, Zhao M, Dai L, Ding R 2004 Carbon 42 2019

    [28]

    Cheng J R, Zhang L B, Ding R, Ding Z F, Wang X, Wang Z 2007 Int. J. Hydrogen Energy 32 3402

    [29]

    Hu Y T, Zhou S, Ma X L, Li H 2012 J. Synth. Cryst. 41 287 (in Chinese) [胡雅婷, 周硕, 马晓兰, 李华 2012 人工晶体学报 41 287]

    [30]

    Johnson J K, Zollweg J A, Gubbins K E 1993 Mol. Phys. 78 591

    [31]

    Monthioux M, Serp P, Flahaut E, Razafinimanana M, Laurent C, Peigney A, Bacsa W, Broto J M 2010 Springer Handbook of Nano-technology (3rd Edn.) (Berlin: Springer-Verlag) p47

    [32]

    Hynek S, Fuller W, Bentley J 1997 Int. J. Hydrogen Energy 22 601

  • [1] 丁怡, 盛雷梅. 扭转单壁碳纳米管的第一性原理研究. 物理学报, 2023, 72(19): 197302. doi: 10.7498/aps.72.20230566
    [2] 孙志伟, 何燕, 唐元政. 单壁碳纳米管受限空间内水的分布. 物理学报, 2021, 70(6): 060201. doi: 10.7498/aps.70.20201523
    [3] 马丽娟, 韩婷, 高升启, 贾建峰, 武海顺. 单缺陷对Sc, Ti, V修饰石墨烯的结构及储氢性能的影响. 物理学报, 2021, 70(21): 218802. doi: 10.7498/aps.70.20210727
    [4] 元丽华, 巩纪军, 王道斌, 张材荣, 张梅玲, 苏俊燕, 康龙. 碱金属修饰的多孔石墨烯的储氢性能. 物理学报, 2020, 69(6): 068802. doi: 10.7498/aps.69.20190694
    [5] 尹跃洪, 徐红萍. 电场诱导(MgO)4储氢的理论研究. 物理学报, 2019, 68(16): 163601. doi: 10.7498/aps.68.20190544
    [6] 祁鹏堂, 陈宏善. Li修饰的C24团簇的储氢性能. 物理学报, 2015, 64(23): 238102. doi: 10.7498/aps.64.238102
    [7] 尹跃洪, 陈宏善, 宋燕. 电场诱导(MgO)12储氢的从头计算研究. 物理学报, 2015, 64(19): 193601. doi: 10.7498/aps.64.193601
    [8] 李论雄, 苏江滨, 吴燕, 朱贤方, 王占国. 电子束诱导单壁碳纳米管不稳定的新观察. 物理学报, 2012, 61(3): 036401. doi: 10.7498/aps.61.036401
    [9] 赵佩, 郑继明, 陈有为, 郭平, 任兆玉. 单壁碳纳米管吸附氧分子的电子输运性质理论研究. 物理学报, 2011, 60(6): 068501. doi: 10.7498/aps.60.068501
    [10] 秦威, 张振华, 刘新海. 卷曲效应对单壁碳纳米管电子结构的影响. 物理学报, 2011, 60(12): 127303. doi: 10.7498/aps.60.127303
    [11] 戴伟, 罗江山, 唐永建, 王朝阳, 陈善俊, 孙卫国. 氢气分子在沸石中的吸附模拟研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1890-1895. doi: 10.7498/aps.58.1890
    [12] 刘秀英, 王朝阳, 唐永建, 孙卫国, 吴卫东, 张厚琼, 刘淼, 袁磊, 徐嘉靖. 单壁BN纳米管和碳纳米管物理吸附储氢性能的理论对比研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1126-1131. doi: 10.7498/aps.58.1126
    [13] 王照亮, 梁金国, 唐大伟, Y. T. Zhu. 单根单壁碳纳米管导热系数随长度变化尺度效应的实验和理论. 物理学报, 2008, 57(6): 3391-3396. doi: 10.7498/aps.57.3391
    [14] 牛志强, 方 炎. 催化剂组分对制备单壁碳纳米管的影响. 物理学报, 2007, 56(3): 1796-1801. doi: 10.7498/aps.56.1796
    [15] 马燕萍, 尚学府, 顾智企, 李振华, 王 淼, 徐亚伯. 单壁碳纳米管在场发射显示器中的应用研究. 物理学报, 2007, 56(11): 6701-6704. doi: 10.7498/aps.56.6701
    [16] 唐元洪, 林良武, 郭 池. 多壁碳纳米管束储氢机理的X射线吸收谱研究. 物理学报, 2006, 55(8): 4197-4201. doi: 10.7498/aps.55.4197
    [17] 梁君武, 胡慧芳, 韦建卫, 彭 平. 氧吸附对单壁碳纳米管的电子结构和光学性能的影响. 物理学报, 2005, 54(6): 2877-2882. doi: 10.7498/aps.54.2877
    [18] 郑 宏, 王绍青, 成会明. 微孔对单壁纳米碳管储氢性能的影响. 物理学报, 2005, 54(10): 4852-4856. doi: 10.7498/aps.54.4852
    [19] 陆 地, 颜晓红, 丁建文. 单壁碳纳米管中电子的有效质量. 物理学报, 2004, 53(2): 527-530. doi: 10.7498/aps.53.527
    [20] 孙建平, 张兆祥, 侯士敏, 赵兴钰, 施祖进, 顾镇南, 刘惟敏, 薛增泉. 用场发射显微镜研究单壁碳纳米管场发射. 物理学报, 2001, 50(9): 1805-1809. doi: 10.7498/aps.50.1805
计量
  • 文章访问数:  5771
  • PDF下载量:  1383
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-09
  • 修回日期:  2012-09-05
  • 刊出日期:  2013-02-05

/

返回文章
返回