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碳基纳米储氢材料的第一性原理研究的开题报告

一、选题背景

碳基纳米材料作为一类新型的储氢材料，因其具有体积小、表面积大、储氢量高等特点，成为当前在储氢领域备受关注的研究方向之一。其中，碳纳米管、石墨烯等碳基纳米材料由于其优异的物理和化学性质，更是成为了研究的热点和难点。然而，目前对于碳基纳米储氢材料的储氢机理和储氢量的影响因素等问题还存在许多争议，因此，深入研究碳基纳米储氢材料的性质和机理，对促进储氢领域的发展，具有十分重要的意义。

二、研究内容和目标

本研究将运用第一性原理计算方法，系统地研究碳基纳米管和石墨烯作为储氢材料的储氢量、形成能以及储氢机理等关键问题，并探究其微观机制和结构特征。具体内容包括：

1.通过密度泛函理论计算，研究碳基纳米储氢材料的储氢量与形成能，探究不同结构和尺寸对储氢性能的影响。

2.分析碳基纳米储氢材料的电子结构，计算其体系的最高占据能级和最低未占据能级，进而研究氢原子在碳基纳米管和石墨烯中的吸附及解离过程。

3.探究影响碳基纳米储氢材料储氢性能的主要因素，如温度、压力、表面积等。

通过以上研究，旨在深入了解碳基纳米材料的性质和机理，为今后开发更优异的储氢材料提供理论基础。

三、研究方法

本研究主要采用量子化学中的第一性原理计算方法，其中密度泛函理论（DFT）为主要手段。首先，运用VASP软件优化各种碳基纳米材料的结构，并计算其储氢性能和储氢机理；其次，通过ORCA软件计算碳基纳米储氢体系的电子性质，探究氢原子在碳基纳米材料中的吸附与解离过程，最终为碳基纳米材料的储氢机理提供理论支持。

四、预期成果

本研究的预期成果如下：

1.系统阐述了碳基纳米储氢材料的储氢机理、储氢量、形成能等关键性质，并探讨了不同结构和尺寸对其性能的影响。

2.通过第一性原理计算方法，深入了解了氢原子吸附和解离在碳基纳米管和石墨烯表面的微观机制，并分析了影响储氢性能的主要因素。

3.本研究能够为今后设计新型高效储氢材料提供理论指导，促进储氢领域的发展。