含羧酸镁(钙)官能团的多孔芳香骨架材料储氢性能的预测.pdf

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1、物理化学学~(WuliHuaxueXuebao1MarchActaP．一Chim．Sin．2012，28(3)，547-554547[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201112301ⅥnⅣ．whxb．pku．edu．cn含羧酸镁(钙)官能团的多子L芳香骨架材料储氢性能的预测苗延霖孙淮王琳孙迎新(上海交通大学化学化X-学院，上海200240)摘要：用MP2方法，TZVPP基组以及基组重叠误差(BSSE)校正计算了氢分子与修饰在多孔芳香骨架(PAF)上的羧酸镁、羧酸钙官能团的相互作用，并建立了描述这一相互作用的分子力学

2、力场．在此基础上用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟预测了氢气在该种新型PAF材料上的吸附等温线．量子化学计算结果表明，每个羧酸镁、羧酸钙官能团分别可以提供13、14个氢分子吸附位点，与每个氢分子的平均结合能在8kJ·mol左右．通过比较不同温度和压力下材料的绝对吸附量和超额吸附量发现，在PAF骨架中引入羧酸镁、羧酸钙官能团可以显著提高材料的综合储氢性能，达到并超过了美国能源部提出的2015年储氢标准．同时该工作还揭示了氢吸附量与材料的表面积、空腔体积和分子作用强度问的复杂关系．关键词：储氢；二羧酸盐：多孔芳香骨架：从头算：分子模拟中图分类

3、号：0642PredictingHydrogenStoragePerformancesinPorousAromaticFrameworksContainingCarboxylateFunctionalGroupswithDivalentMetallicCationsMIAOYan—LinSUNHuaiWANGLinSUNYing—Xin(Collegeo／ChemistryandChemicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,R．China)Abstract：Wer

4、eportforcefieldpredictionsforthehydrogenuptakesofporousaromaticframework(PAF)materialscontainingcarboxylatefunctionaIgroupswithdivalentmetalliccations．Theab『门itiocalculationswereperformedonourproposedfunctionalgroupsandhydrogenmoleculesusingtheMP2methodwiththeTZVPP【)asisse

5、tandbasissetsuperpositionerror(BSSE)correction．Aforcefieldwasdevelopedbasedonthe,abinitioenergeticdata．TheresultingforcefieldwasappliedtopredicthydrogenadsorptionisothermsatdiferenttemperaturesandpressuresusingthegrandcanonicaIMonteCarlo(GCMC)method．EachfunctionaIgroupofdi

6、valentmetaliccationsandtwocarboxylicacidgroupsprovided13(Mq)or14(Ca)bindingsitesforhydrogenmoleculeswithanaveragebindingenergyof8kJ·mol。perhydrogenmolecule．ThepredictedhydrogenadsorptionresultswereimprovedremarkablybythefunctionalgroupsatnormaIambientconditions，exceedingth

7、e2015targetsetbythedepartmentofenergyfDOE)ofUSA．ThisworkrevealsthecomplexrelationshipbetweenhydrogenuptakeandSUrfacearea．andthefreevolumesandbindingenergiesofdiferentmaterials．KeyWords：Hydrogenstorage；Dicarboxylate；Porousaromaticframework；Abmit~；MolecularsimulationReceived

8、：November14，2011；Revised：December26，2011；PublishedonWeb：December30．2011．Correspondingauth