嵌入配位不饱和金属位对多孔芳香骨架材料储氢性能的影响

基于密度泛函理论(DFT)和巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,系统地研究了引入配位不饱和金属位(CUS)对PAF-30n(n=1-4)材料储氢性能影响的规律.结果表明,77 K下PAF-302MgO2_PBE 100的最大过量质量储氢量达到7.97％ (w);77K、10 MPa下100％醇镁功能化改性PAF-302和PAF-303的绝对储氢量分别达到9.9％ (w) (65.9 g·L-1)和15.O％(w)(50.5g·L-1),分别超过美国能源部(DOE)标准80％(64.8％)和173％ (26.3％),均超过在相同条件下目前储氢性能最佳的NU-1101(9.1％(w),46.6 g·L1).即使在243 K、10 MPa下,其绝对质量和绝对体积储氢量也能分别达到5.13％(w)和34.19 g·L-1,占DOE质量与体积储氢标准的93.3％和85.5％,是目前为止常温储氢性能较为均衡的多孔材料之一.结合等量吸附热(Qst)、径向分布函数(RDF)和质心几率密度分布(MCPD)方法进一步分析,发现有机链长度增加导致孔隙率增加和体积比表面积减小,是引起多孔材料绝对质量和绝对体积储氢量此消彼长的根本原因.另外,引入CUS能提高PAFs材料对H2分子亲和力,显著增强其体积储氢量.