共軛碳材料與鋰的相互作用及氫吸附的從頭算研究.pdf

1、目前,世界上大部分國家能源供應不足,所以與能源相關的電極材料、儲氫材料等功能材料的研究一直受到人們的關注.在我們和前人的實驗事實以及理論研究的基礎上,本文使用量子化學計算方法對石墨片、富勒烯、碳納米管等共軛碳材料與金屬鋰、氫原子、氫分子的相互作用進行了一系列的理論計算,為鋰離子電池負極材料的修飾提供了理論支持并得到實驗驗證,還對碳材料儲氫機理提出了改進建議,受到了有關單位的重視.現(xiàn)將主要內(nèi)容和創(chuàng)新之處概括如下:1.金屬Li,Ca,Al和

2、芳香烴C<,6>H<,6>,C<,10>H<,8>,C<,13>H<,9>體系的相互作用表現(xiàn)出許多不同之處.在MP2/6-31G(d,p)水平下,通過觀察FMO分布,金屬和最近C原子距離d<,M-C>,結合能,金屬上分布的電荷,發(fā)現(xiàn)金屬Li,Ca,Al和C<,6>H<,6>,C<,10>H<,8>是弱相互作用,類似物理吸附,而和C<,13>H<,9>是強相互作用,類似化學吸附.2.C<,60>摻雜到PAS中做鋰離子電池負極材料可以提高電

3、池的循環(huán)壽命,減小電池的不可逆容量損失,歸功于C<,60>完美的球形結構,高度的對稱性.當鋰離子在正負極間嵌脫時,C<,60>和鋰離子之間以微弱的作用相結合,且鋰離子一般在C<,60>的外部吸附和脫附.這種微弱的相互作用有利于鋰離子的嵌入與脫嵌.與PAS相比,C<,60>和鋰離子的結合能小,形成復合物后能隙變化也較小,可見鋰離子與C<,60>分開或結合并未給C<,60>造成太大影響,其本質(zhì)原因是球形結構讓它保持著化學穩(wěn)定性,所以C<,6

4、0>承受鋰離子多次嵌入與脫嵌的能力要比PAS更好.3.我們用密度泛函第一原理系統(tǒng)研究了鋰原子吸附在(n,n)搖椅式SWNTs(n=5-10)和(n,0)鋸齒型SWNTs(n=7-12)的相互作用.4.我們使用B3LYP和MP2方法,在經(jīng)濟基組水平下,研究了H<,2>和Li與三個芳香化合物C<,6>H<,6>,C<,10>H<,8>,C<,13>H<,9>不同位置上的相互作用.5.我們運用B3LYP/6-31G(d,p)方法,研究了一系列