B12Sc4和B12Ti4团簇的储氢性质

马丽娟 王剑锋 贾建峰 武海顺

引用本文: 马丽娟, 王剑锋, 贾建峰, 武海顺. B12Sc4和B12Ti4团簇的储氢性质[J]. 物理化学学报, 2012, 28(08): 1854-1860. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205151 shu
Citation:  MA Li-Juan, WANG Jian-Feng, JIA Jian-feng, WU Hai-Shun. Hydrogen Storage Properties of B12Sc4 and B12Ti4 Clusters[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(08): 1854-1860. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205151 shu

B12Sc4和B12Ti4团簇的储氢性质

  • 基金项目:

    973计划前期研究专项课题(2010CB635110)与山西省自然科学基金(2010011012-2)资助项目 (2010CB635110)与山西省自然科学基金(2010011012-2)

摘要:

提出了两个稳定的团簇B12Sc4和B12Ti4, 基于理论计算, 研究了它们的结构与储氢性质. 结果发现, 在这两个稳定的团簇中, 过渡金属原子不会聚合在一起而影响它们对氢气的吸附. B12Sc4最多可以吸附12个氢分子, 达到7.25% (质量分数)的储氢量. 它的平均每氢分子吸附能量为10.5 kJ·mol-1. B12Ti4最多只能吸附8个氢分子, 储氢量为4.78%. 但平均每氢分子吸附能量可达50.2 kJ·mol-1. 进一步计算表明, 即使在77 K,也需要很高的氢气压力才能使12个氢分子都吸附到B12Sc4上. 电子结构分析表明, B12Ti4-nH2吸附结构中的Kubas作用要大于相应B12Sc4-nH2结构中的Kubas作用.

English

    1. [1]

      (1) Schlapbach, L.; Züttel, A. Nature 2001, 414, 353. doi: 10.1038/35104634

      (1) Schlapbach, L.; Züttel, A. Nature 2001, 414, 353. doi: 10.1038/35104634

    2. [2]

      (2) Coontz, R.; Hanson, B. Science 2004, 305, 957. doi: 10.1126/science.305.5686.957(2) Coontz, R.; Hanson, B. Science 2004, 305, 957. doi: 10.1126/science.305.5686.957

    3. [3]

      (3) Crabtree, G.W.; Dresselhaus, M. S.; Buchanan, M. V. Phys. Today 2004, 57, 39. doi: 10.1063/1.1878333(3) Crabtree, G.W.; Dresselhaus, M. S.; Buchanan, M. V. Phys. Today 2004, 57, 39. doi: 10.1063/1.1878333

    4. [4]

      (4) Tao, Z. L.; Peng, B.; Liang, J.; Cheng, F. Y.; Chen, J. Meter. China 2009, 28, 7. [陶占良, 彭博, 梁静, 程方益,陈军. 中国材料进展, 2009, 28, 7.](4) Tao, Z. L.; Peng, B.; Liang, J.; Cheng, F. Y.; Chen, J. Meter. China 2009, 28, 7. [陶占良, 彭博, 梁静, 程方益,陈军. 中国材料进展, 2009, 28, 7.]

    5. [5]

      (5) Xu,W.; Tao, Z. L.; Chen, J. Prog. Chem. 2006, 18, 2. [许炜,陶占良, 陈军. 化学进展, 2006, 18, 2.](5) Xu,W.; Tao, Z. L.; Chen, J. Prog. Chem. 2006, 18, 2. [许炜,陶占良, 陈军. 化学进展, 2006, 18, 2.]

    6. [6]

      (6) Zhao, X. B.; Xiao, B.; Fletcher, A. J.; Thomas, K. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8880.(6) Zhao, X. B.; Xiao, B.; Fletcher, A. J.; Thomas, K. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8880.

    7. [7]

      (7) Qu, D. Chem. Eur. J. 2008, 14, 1040. doi: 10.1002/chem.200701042(7) Qu, D. Chem. Eur. J. 2008, 14, 1040. doi: 10.1002/chem.200701042

    8. [8]

      (8) Zaluska, A.; Zaluski, L.; Ström-Olsen, J. O. Appl. Phys. A 2001,72, 157. doi: 10.1007/s003390100783(8) Zaluska, A.; Zaluski, L.; Ström-Olsen, J. O. Appl. Phys. A 2001,72, 157. doi: 10.1007/s003390100783

    9. [9]

      (9) Bogdanovic, B.; Schwickardi, M. J. Alloy. Compd. 1997, 253, 1.doi: 10.1016/S0925-8388(96)03049-6(9) Bogdanovic, B.; Schwickardi, M. J. Alloy. Compd. 1997, 253, 1.doi: 10.1016/S0925-8388(96)03049-6

    10. [10]

      (10) Orimo, S.; Nakamori, Y.; Eliseo, J. R.; Zuttel, A.; Jensen, C. M.Chem. Rev. 2007, 107, 4111. doi: 10.1021/cr0501846(10) Orimo, S.; Nakamori, Y.; Eliseo, J. R.; Zuttel, A.; Jensen, C. M.Chem. Rev. 2007, 107, 4111. doi: 10.1021/cr0501846

    11. [11]

      (11) Ning, H.; Tao, X. M.;Wang, M. M.; Cai, J. Q.; Tan, M. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2267. [宁华, 陶向明, 王芒芒,蔡建秋, 谭明秋. 物理化学学报, 2010, 26, 2267.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100828(11) Ning, H.; Tao, X. M.;Wang, M. M.; Cai, J. Q.; Tan, M. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2267. [宁华, 陶向明, 王芒芒,蔡建秋, 谭明秋. 物理化学学报, 2010, 26, 2267.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100828

    12. [12]

      (12) Li, G. X.; Chen, X.W.; Bai, J. D.; Lan, Z. Q.; Guo, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 1448. [黎光旭, 陈晓伟, 白加栋,蓝志强, 郭进. 物理化学学报, 2010, 26, 1448.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100540(12) Li, G. X.; Chen, X.W.; Bai, J. D.; Lan, Z. Q.; Guo, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 1448. [黎光旭, 陈晓伟, 白加栋,蓝志强, 郭进. 物理化学学报, 2010, 26, 1448.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100540

    13. [13]

      (13) Wang, H.; Gao, Q.; Hu, J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7016.doi: 10.1021/ja8083225(13) Wang, H.; Gao, Q.; Hu, J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7016.doi: 10.1021/ja8083225

    14. [14]

      (14) Miao, Y. L.; Sun, H.;Wang, L.; Sun, Y. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 547. [苗延霖, 孙淮, 王琳, 孙迎新. 物理化学学报, 2012, 28, 547.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201112301(14) Miao, Y. L.; Sun, H.;Wang, L.; Sun, Y. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 547. [苗延霖, 孙淮, 王琳, 孙迎新. 物理化学学报, 2012, 28, 547.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201112301

    15. [15]

      (15) Yang, Z.; Xia, Y.; Robert, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129,1673. doi: 10.1021/ja067149g(15) Yang, Z.; Xia, Y.; Robert, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129,1673. doi: 10.1021/ja067149g

    16. [16]

      (16) Koh, K.;Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J. J. Am. Chem. Soc.2009, 131, 4184. doi: 10.1021/ja809985t(16) Koh, K.;Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J. J. Am. Chem. Soc.2009, 131, 4184. doi: 10.1021/ja809985t

    17. [17]

      (17) Zhao, D.; Daren, J. T.; Yuan, D.; Zhou, H. C. Accounts Chem. Res. 2011, 44, 123 and references therein. doi: 10.1021/ar100112y(17) Zhao, D.; Daren, J. T.; Yuan, D.; Zhou, H. C. Accounts Chem. Res. 2011, 44, 123 and references therein. doi: 10.1021/ar100112y

    18. [18]

      (18) Zhao, Y.; Kim, Y. H.; Dillon, A. C.; Heben, M. J.; Zhang, S. B.Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 155504. doi: 10.1103/PhysRevLett.94.155504(18) Zhao, Y.; Kim, Y. H.; Dillon, A. C.; Heben, M. J.; Zhang, S. B.Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 155504. doi: 10.1103/PhysRevLett.94.155504

    19. [19]

      (19) Yildirim, T.; Ciraci, S. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 175501. doi: 10.1103/PhysRevLett.94.175501(19) Yildirim, T.; Ciraci, S. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 175501. doi: 10.1103/PhysRevLett.94.175501

    20. [20]

      (20) Kubas, G. J. J. Organomet. Chem. 2001, 635, 37. doi: 10.1016/S0022-328X(01)01066-X(20) Kubas, G. J. J. Organomet. Chem. 2001, 635, 37. doi: 10.1016/S0022-328X(01)01066-X

    21. [21]

      (21) Sun, Q.;Wang, Q.; Jena, P.; Kawazoe, Y. J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 14582. doi: 10.1021/ja0550125(21) Sun, Q.;Wang, Q.; Jena, P.; Kawazoe, Y. J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 14582. doi: 10.1021/ja0550125

    22. [22]

      (22) Sun, Q.; Jena, P.;Wang, Q.; Marquez, M. J. Am. Chem. Soc.2006, 128, 9741. doi: 10.1021/ja058330c(22) Sun, Q.; Jena, P.;Wang, Q.; Marquez, M. J. Am. Chem. Soc.2006, 128, 9741. doi: 10.1021/ja058330c

    23. [23]

      (23) Wang, Q.; Sun, Q.; Jena, P.; Kawazoe, Y. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 374. doi: 10.1021/ct800373g(23) Wang, Q.; Sun, Q.; Jena, P.; Kawazoe, Y. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 374. doi: 10.1021/ct800373g

    24. [24]

      (24) Chandrakumar, K. R. S.; Ghosh, S. K. Nano Lett. 2008, 8, 13.doi: 10.1021/nl071456i(24) Chandrakumar, K. R. S.; Ghosh, S. K. Nano Lett. 2008, 8, 13.doi: 10.1021/nl071456i

    25. [25]

      (25) Liu,W.; Zhao, Y. H.; Li, Y.; Jiang, Q.; Lavernia, E. J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 2028. doi: 10.1021/jp8091418(25) Liu,W.; Zhao, Y. H.; Li, Y.; Jiang, Q.; Lavernia, E. J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 2028. doi: 10.1021/jp8091418

    26. [26]

      (26) Rabilloud, F. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 7241. doi: 10.1021/jp103124w(26) Rabilloud, F. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 7241. doi: 10.1021/jp103124w

    27. [27]

      (27) Meng, S.; Kaxiras, E.; Zhang, Z. Nano Lett. 2007, 7, 663. doi: 10.1021/nl062692g(27) Meng, S.; Kaxiras, E.; Zhang, Z. Nano Lett. 2007, 7, 663. doi: 10.1021/nl062692g

    28. [28]

      (28) Zhao,Y. F.; Lusk, M. T.; Dillon, A. C.; Heben, M. J.; Zhang, S.B. Nano Lett. 2008, 8, 157. doi: 10.1021/nl072321f(28) Zhao,Y. F.; Lusk, M. T.; Dillon, A. C.; Heben, M. J.; Zhang, S.B. Nano Lett. 2008, 8, 157. doi: 10.1021/nl072321f

    29. [29]

      (29) Li,Y. C.; Zhou, G.; Li, J.; Gu, B. L.; Duan,W. H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 19268. doi: 10.1021/jp807156g(29) Li,Y. C.; Zhou, G.; Li, J.; Gu, B. L.; Duan,W. H. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 19268. doi: 10.1021/jp807156g

    30. [30]

      (30) Wu, G.;Wang, J. L.; Zhang, X.; Zhu, L. J. Phys. Chem. C 2009,113, 7052. doi: 10.1021/jp8113732(30) Wu, G.;Wang, J. L.; Zhang, X.; Zhu, L. J. Phys. Chem. C 2009,113, 7052. doi: 10.1021/jp8113732

    31. [31]

      (31) Li, M.; Li, Y.; Zhou, Z.; Shen, P.; Chen, Z. Nano Lett. 2009, 9,1944. doi: 10.1021/nl900116q(31) Li, M.; Li, Y.; Zhou, Z.; Shen, P.; Chen, Z. Nano Lett. 2009, 9,1944. doi: 10.1021/nl900116q

    32. [32]

      (32) Zhao, J.;Wang, L.; Li, F.; Chen, Z. J. Phys. Chem. A 2010, 114,9969. doi: 10.1021/jp1018873(32) Zhao, J.;Wang, L.; Li, F.; Chen, Z. J. Phys. Chem. A 2010, 114,9969. doi: 10.1021/jp1018873

    33. [33]

      (33) Li, F.; Zhao, J.; Chen, Z. Nanotechnology 2010, 21, 134006.doi: 10.1088/0957-4484/21/13/134006(33) Li, F.; Zhao, J.; Chen, Z. Nanotechnology 2010, 21, 134006.doi: 10.1088/0957-4484/21/13/134006

    34. [34]

      (34) Wu, H. S.; Qin, X. F.; Xu, X. H.; Jiao, H.; Schelyer, P. v. R.J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2334. doi: 10.1021/ja046740f(34) Wu, H. S.; Qin, X. F.; Xu, X. H.; Jiao, H.; Schelyer, P. v. R.J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2334. doi: 10.1021/ja046740f

    35. [35]

      (35) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648. doi: 10.1063/1.464913(35) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648. doi: 10.1063/1.464913

    36. [36]

      (36) Lee, C.; Yang,W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.(36) Lee, C.; Yang,W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.

    37. [37]

      (37) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03,Revision C.01; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2004.(37) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03,Revision C.01; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2004.

    38. [38]

      (38) Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 415.doi: 10.1021/ct049851d(38) Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 415.doi: 10.1021/ct049851d

    39. [39]

      (39) Mohan, N.; VIjayalakshmi, K. P.; Koga, N.; Suresh, C. H.J. Comput. Chem. 2010, 31, 2874.(39) Mohan, N.; VIjayalakshmi, K. P.; Koga, N.; Suresh, C. H.J. Comput. Chem. 2010, 31, 2874.

    40. [40]

      (40) Boustani, I. Phys. Rev. B 1997, 55, 16426. doi: 10.1103/PhysRevB.55.16426(40) Boustani, I. Phys. Rev. B 1997, 55, 16426. doi: 10.1103/PhysRevB.55.16426

    41. [41]

      (41) http:/cp2k.berlios.de.(41) http:/cp2k.berlios.de.

    42. [42]

      (42) Balasubramanina, K. Chem. Phys. Lett. 1987, 135, 288. doi: 10.1016/0009-2614(87)85158-8(42) Balasubramanina, K. Chem. Phys. Lett. 1987, 135, 288. doi: 10.1016/0009-2614(87)85158-8

    43. [43]

      (43) Bauschlicher, C.W., Jr.;Walch, S. P. J. Chem. Phys. 1982, 76,4560. doi: 10.1063/1.443532(43) Bauschlicher, C.W., Jr.;Walch, S. P. J. Chem. Phys. 1982, 76,4560. doi: 10.1063/1.443532

    44. [44]

      (44) Thomas, J. R.; Quelch, G. E.; Seidl, E. T.; Schaefer, H. F., III.J. Chem. Phys. 1992, 96, 6857. doi: 10.1063/1.462575(44) Thomas, J. R.; Quelch, G. E.; Seidl, E. T.; Schaefer, H. F., III.J. Chem. Phys. 1992, 96, 6857. doi: 10.1063/1.462575

    45. [45]

      (45) Lukens,W.W., Jr.; Matsunaga, P. T.; Andersen, R. A.Organometallics 1998, 17, 5240. doi: 10.1021/om980601n(45) Lukens,W.W., Jr.; Matsunaga, P. T.; Andersen, R. A.Organometallics 1998, 17, 5240. doi: 10.1021/om980601n

    46. [46]

      (46) Pattiasina, J.W.; Bolhuis, F.; Teuben, J. H. Angew. Chem. Int. Edit. 1987, 26, 330. doi: 10.1002/anie.198703301

      (46) Pattiasina, J.W.; Bolhuis, F.; Teuben, J. H. Angew. Chem. Int. Edit. 1987, 26, 330. doi: 10.1002/anie.198703301

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  965
  • 文章访问数:  3409
  • HTML全文浏览量:  47
文章相关
  • 发布日期:  2012-07-10
  • 收稿日期:  2012-01-15
  • 网络出版日期:  2012-05-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章