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碳纳米管由于具有典型的中空结构和异常的物理化学性质及广泛的应用前景,特别是其具有很大的长径比,在储氢方面受到各国科学家的普遍关注。人们用不同的理论,采用不同的方法对不同类型碳纳米管的储氢性能进行了模拟研究,取得了很大进展。本文借助分子动力学方法,采用Brenner([#]2)半经验多体相互作用势,在原子水平上模拟氢与单壁碳纳米管之间的相互作用,具体的研究内容如下:
(1)利用分子动力学方法在原子层次模拟研究了氢原子在单壁碳纳米管中的运动。对温度为100K时,初始入射动能分别为1,5,10,15,20,30eV的H原子以不同的入射角度进入碳纳米管进行模拟,观察了氢原子与碳纳米管的吸附情况及在碳纳米管中的运动,并讨论了不同入射能量和入射角度对氢原子在碳纳米管中吸附情况的影响。结果表明,在能量为20eV时H原子能够很好的吸附在碳纳米管管壁上。
(2)利用分子动力学方法模拟研究了大量氢气分子进入单壁碳纳米管(即碳纳米管储氢)的物理过程。在温度为100K时,对三种相同管长不同管径的单壁碳纳米管的储氢性能进行模拟,观察得到:碳纳米管的储氢性能与管径有关,随着管径的增大,碳纳米管的储氢量在不断增加;此外,氢在碳纳米管管壁附近以原子形式存在,并与组成碳纳米管的碳原子成键。本文把所得到的结论与相关文献进行了比较。