崔甜+田紫雅+董顺乐

摘 要：密度泛函理论用来研究氢分子和被修饰的碳纳米管之间的相互作用。笔者发现每个吸附在碳纳米管上的Ti原子可以吸附4个氢分子，接着发现吸附在N缺陷上的Ti原子可以吸附5个氢分子，平均结合能为-0.47 eV/H2。此结论不仅提高了现阶段碳纳米管的储氢率而且提供了一种提高储氢率的新方法。

关键词：氢分子 碳纳米管 储氢率 结合能

中图分类号：O647 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0095-02

碳纳米管（CNTs）由于其优异的结构、机械性能和光电性能，已成为微观物理学中最活跃的研究领域之一。被广泛地用于理论和实验研究，例如，分子筛、传感器和“nanopipes”精确输送气体或液体。近年来，碳纳米管储氢研究一直是研究的一个关键问题，因为氢能源可以大大减少污染和降低石油资源的消耗。然而，后来的结果表明，不做任何修饰的碳纳米管无法满足美国能源部（美国能源部）储氢应用的目标。该文应用在被修饰的碳纳米管表面创立新缺陷的方法使每个金属原子最多能吸附5个氢分子，不仅能展示氢分子的吸附过程，而且提供了一种提高储氢率的新方法。

1 计算方法

该文应用单壁碳纳米管的末端接连一个C60半球为模型，为了保持电中性，另一端的悬空键被氢原子饱和，在碳五环的一端用两个氮原子取代两个碳原子来创建氮缺陷。该文的计算采用的是基于密度泛函理论（DFT）的SIESTA（Spanish Initiative for Electronic Simulation with Thousands of Atoms）软件来实现。模拟计算的交换关联能采用广义梯度近似（GGA）和PBE（Perdew-Burke-Ernzerhof）泛函方法。……