碳纳米管吸附氢终期实验报告

碳纳米管结构及其吸附氢浅析学院 : 物理科学学院指导老师：阎世英组员：祖琳 潘琳静 王晓君 庄村 吕伟概述 碳纳米管的结构及其吸附氢原理简介 物理吸附和化学吸附分析比较碳纳米管 分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，它是由石墨烯层片卷成，两端由富勒烯半球封帽形成，直径为纳米尺度的圆桶。成六边形的平面网状结构 单层石墨烯卷成的碳纳米管石墨层中的碳原子的四个价电子只有三个以 sp2杂化成键，形成六边的平面网状结构，这样，每一个碳原子都有一个未成对电子，这个电子可以和氢原子结合成键，这就决定了 CNTs对氢气存在化学吸附根据折叠方向不同分类碳纳米管吸附氢实际图示氢气主要吸附位在碳管表面、单壁碳纳米管的中空管腔和管束内的间隙孔， CNTs较大的比表面积和毛细现象产生物理吸附，增大了氢的吸附面积物理吸附和化学吸附的分析比较依靠范德华力连接氢子和碳原子。物理吸附 ：化学吸附 ： 碳原子剩余一个未成键电子，与氢原子结合雷纳德 -琼斯势（ LJ）它们是有关分子结构的常数，这样就可以得出势能的具体表达式，通过求导使之为零，得出CH之间物理作用的平衡距离，进而可以确定氢原子相对于碳原子的位置。具有长度量纲 ， 具有能量量纲C-H距离与势能关系数据 1 0.2000 -31.40820 2 0.2500 -33.70351 3 0.3000 -35.15850 4 0.3500 -36.14092 5 0.4000 -36.82814 6 0.4500 -37.31889 7 0.5000 -37.67411 8 0.5500 -37.93356 9 0.6000 -38.12418 11 0.7000 -38.36795 10 0.6500 -38.26457 12 0.7500 -38.44384 13 0.8000 -38.49914 14 0.8500 -38.53892 15 0.9000 -38.56693 16 0.9500 -38.58599 17 1.0000 -38.59823 18 1.0500 -38.60527 19 1.1000 -38.60838 20 1.1500 -38.60852n 41 2.2000 -38.49140n 42 2.2500 -38.48883n 43 2.3000 -38.48660n 44 2.3500 -38.48465n 45 2.4000 -38.48295n 46 2.4500 -38.48147n 47 2.5000 -38.48017n 48 2.5500 -38.47903n 49 2.6000 -38.47803n 50 2.6500 -38.47715n 51 2.7000 -38.47637n 52 2.7500 -38.47569n 53 2.8000 -38.47508n 54 2.8500 -38.47455n 55 2.9000 -38.47408n 56 2.9500 -38.47366n 57 3.0000 -38.47330n 58 3.0500 -38.47297n 59 3.1000 -38.47268n 60 3.1500 -38.47243 21 1.2000 -38.60644 40 2.1500 -38.49435 22 1.2500 -38.60270 23 1.3000 -38.59775 24 1.3500 -38.59193 25 1.4000 -38.58551 26 1.4500 -38.57868 27 1.5000 -38.57160 28 1.5500 -38.56440 29 1.6000 -38.55716 31 1.7000 -38.54286 30 1.6500 -38.54996 32 1.7500 -38.53591 33 1.8000 -38.52916 34 1.8500 -38.52270 35 1.9000 -38.51663 36 1.9500 -38.51105 37 2.0000 -38.50604 38 2.0500 -38.50161 39 2.1000 -38.49773R E R E R EC-H势能距离关系曲线 平衡距离是 1.15埃，平衡势能是 -38.61hartree，换算关系得平衡势能为 0.142eV 我们已经知道氢气分子中氢键的键能为 4.748eV 由此看出，常温常压下， H-H键不容易打开去形成C-H键，所以，我们可以得出结论，常温常压下，物理吸附占主导地位，但是我们可以改变外界环境来增强它的储氢性能增强碳纳米管吸附氢的方法 外界环境（低温和高压） 改变 CNT本身温度和压强对储氢的影响等压线 等温线综合两图可知，在低温和高压的条件下，的储氢能力比较高加入金属离子加入金属离子能够改变的储氢能力