优化多孔材料氢溢流效率及储氢性能的计算研究

氢溢流技术由于可以显著地提高多孔材料的储氢性能，已被成功地应用在储氢材料的设计和开发研究中，但是无论是实验上还是理论上，对其反应机理的研究却甚少。诚然，了解其机理对设计合适的多孔材料结构从而优化其储氢性能甚为重要。本项目将采用基于第一性原理的模拟方法，选取功能化纳米碳结构和共价有机架构等多孔材料作为研究对象，通过分析比较氢在铂团簇-载体界面上的饱和吸附态、迁移扩散途径和效率，系统的阐明氢溢流的反应机理，揭示多孔材料储氢能力与其表面结构、催化剂团簇结构和吸附位置等各种因素之间的内在规律，并力图通过改变多孔材料表面结构组成来优化氢溢流效率和提高储氢能力，从而为设计和优化高效廉价的多孔储氢材料提供有价值的理论指导和技术支持。

氢溢流技术由于可以显著的提高多孔材料的储氢性能，已被成功的应用在储氢材料的设计和开发研究中，但是无论是实验上还是理论上，对其反应机理的研究却甚少。诚然，了解其机理对设计合适的多孔材料结构从而优化其储氢性能甚为重要。我们在本项目中采用基于第一性原理的模拟方法，选取金属有机架构（MOF）等多孔材料作为研究对象，通过分析比较氢在催化剂团簇-载体界面上的饱和吸附态、迁移扩散途径和效率，系统的阐明氢溢流的反应机理，揭示多孔材料储氢能力与其表面结构、催化剂团簇结构和吸附位置等各种因素之间的内在规律，并通过设计和改变多孔材料表面结构组成来优化氢溢流效率和提高储氢能力，从而为设计和优化高效廉价的多孔储氢材料提供有价值的理论指导和技术支持。此外，我们设计了可以活化并氢化二氧化碳反应的Cu-W-BTC结构；设计并成功制备了新型二维含氮MOF材料，其对H2和CO2都有较高的吸附量。在计算模拟设计的基础上，我们还尝试合成出一系列MOF类多孔材料，包括氨基化CAU-1和ZIF等材料，其对氢气的吸附和反应（例如与CO2催化反应）都有较好的性能。三年内，我们发表了12篇研究论文在International Journal of Hydrogen Energy, Chemical Science, Chemical Communications, Journal of Materials Chemistry A和RSC Advances等重要国际SCI期刊上，并应邀在Chemical Sensors: Simulation and Modeling上撰写一章关于氢溢流的章节。 申请5项国家发明专利，其中已获授权2项。参加MRS，亚洲化学大会，美国化学工程师年会等国际学术会议以及香山会议、中国化学会和中国材料大会等重要国内学术会议。培养1名博士后出站，1名博士毕业生和2名硕士毕业生。