化学势对模拟计算碳纳米管储氢的影响

论文摘要

本文首先对开发利用氢能的重要性、储氢的方法以及碳纳米管的发现做了简单介绍。由于氢在自然界中储量丰富,更具有燃烧后不污染环境的优点,因而被公认为是新型能源的理想候选者。 其次,较详细地介绍了碳纳米管的结构,表征和吸附机制。通过对碳纳米管的表面特征和孔隙结构的分析,指出碳纳米管是一种很有前途的储氢材料。 然后,回顾了自1997年以来关于碳纳米管储氢的理论和实验研究工作,并对以往的结果进行了比较,发现其中尚存在一定的差距。在此基础上,详细地介绍了巨正则蒙特卡罗（GCMC-Grand Canonical Monte Carlo）方法模拟碳纳米管储氢的细节。 鉴于化学势μ是GCMC方法中的一个重要参数,本文首先采用Lennard-Jones势能模型和NEV系综Widom测试粒子方法,求出了化学势与压强的关系式。然后在温度T=293K的条件下,对不同管径的单壁碳纳米管在不同压强下的物理吸附储氢过程进行了GCMC模拟。研究了单壁碳纳米管的物理吸附储氢量与压强、管径之间的关系,给出了单壁碳纳米管的物理吸附储氢量随压强和管径的增大而增大的结论。 最后,对本文进行作了总结并对下一步的工作提出了设想。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 新能源—氢能
• 1.2 储氢的几种方法
• 1.3 碳纳米管的发现
• 第二章 碳纳米管简述
• 2.1 碳纳米管的结构
• 2.2 碳纳米管的性能及相关应用
• 2.3 碳纳米管的制备
• 2.4 碳纳米管的吸附机制
• 第三章 碳纳米管储氢的研究进展
• 3.1 碳纳米管储氢的理论研究
• 3.2 碳纳米管储氢的实验研究
• 3.3 碳纳米管储氢实验与理论结果的比较
• 第四章 模拟碳纳米管储氢的蒙特卡罗方法
• 4.1 蒙特卡罗（Monte Carlo）方法简介
• 4.2 巨正则蒙特卡罗（GCMC）方法
• 第五章 化学势对模拟计算碳纳米管储氢的影响
• 5.1 化学势和压强的算法
• 5.2 化学势与压强的关系
• 5.3 压强与储氢量的关系
• 5.4 理论分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文