合理设计与合成锂掺杂共轭多孔高分子用于物理吸附储氢材料

本课题是利用实验与理论模拟相结合的办法来设计与合成新型的锂离子掺杂共轭多孔高分子用作储氢材料并研究其储氢动力学和热力学特性。在理论上，我们将应用多尺度模拟，结合量化计算、Grand Canonical Monte Carlo、分子动力学等方法来计算与模拟储氢材料的氢吸附、脱附过程，研究纳米孔径、锂离子与氢气分子的相互作用，从原子尺度上了解氢气分子吸附脱附的动力学过程。在实验表征上，研究新型锂掺杂共轭多孔高分子的储氢动力学和热力学性质如吸附函，吸附、脱附曲线，孔径吸附效应等。在这些对储氢材料动力学特性本质了解的基础上，合理设计并合成出新型的锂掺杂共轭多孔高分子的储氢材料，以到达DOE2015年储氢目标。

氢能，由于其无环境公害、可再生性以及其高的能量密度，是一种理想的清洁能源。氢能的利用需要解决三个问题：制备、运输和存储。储氢是氢能应用的关键。而设计合成高性能的储氢材料是氢能应用的前提。目前，没有一种材料满足美国能源部的要求。本项目主要是在理论计算的指导下，以共轭微孔高分子为研究对象，首先应用多尺度模拟，结合量化计算、Grand Canonical Monte Carlo、分子动力学等方法来计算与模拟储氢材料的氢吸附、脱附过程，研究纳米孔径对氢气分子吸附的影响以及锂离子与氢气分子的相互作用，从原子尺度上了解了氢气分子吸附脱附的动力学过程。通过对储氢材料动力学特性本质了解的基础上，设计合成新型锂掺杂共轭微孔高分子并对其储氢动力学和热力学性质如吸附焓，吸附、脱附曲线，孔径吸附效应等进行了深入的研究，实现了储氢量和吸附焓的显著提升。