1. 研究目的与意义（文献综述）

传统化石能源面临枯竭，寻找与开发替代能源成为全世界关注的焦点。氢气作为一种理想的替代能源，具有对环境的污染小的优点，但由于氢气即使在低温高压下体积能量密度依然偏低，如何安全高效存贮氢能还是制约其开发应用的主要瓶颈。传统低温压缩储氢方法成本太高且具有安全隐患，开发新型储氢材料成为氢能开发利用的热点。目前，储氢材料主要分为两大类：化学储氢材料和物理储氢材料。化学储氢材料主要有配位氢化物材料和金属氢化物材料等，但由于材料释氢温度过高其应用受到限制。物理储氢材料主要通过物理吸附作用来提高储氢密度，通常包括沸石、活性炭等传统吸附剂和金属有机骨架材料（mofs）、共价有机材料（cofs）、多孔芳香骨架材料（pafs）等新型吸附剂。由于这类新型吸附材料具有更高比表面积、更高孔隙率及结构可设计性、良好热稳定性等优点，有望在提高氢能体积储能密度的应用中优先获得突破，因此受到学术界和工业界的广泛关注。

针对车载储氢，美国能源部（doe）提出了最新的储氢标准，即材料的质量储氢量达到5.5wt％，体积储氢量达到40g/l。mofs、cofs、pafs等多孔骨架材料通常以金属离子团簇或有机基块为中心，与不同的有机配体通过配位键或共价键自由组装构建而成。美国yaghi课题组首次合成了mof-5材料，并报道了其储氢性能。研究结果表明在77k,0.7bar时,mof-5的质量储氢量为4.5wt％，随后该课题组采用不同的有机配体，配位聚合得到了一系列mofs材料。另外该团队通过采用具有空间立体的结构构建了一系列具有三维结构的cofs，在氢气吸附上有很好的应用价值。snurr研究组设计并合成了一系列连续多孔材料三键连接子如nu-100，nu-111和she-mof-1，他们表现出高重力表面积和高气体吸附性能。huang等人提出将金刚石中心的c节点替换为含有炔键的（c-c≡c-c）的四面体节点，设计了两种新型的pafs材料（tnd-1和tnd-2）。在国内，曹达鹏研究组首次提出在金刚石骨架的c-c中插入若干个苯环，构成paf-301、paf-302、paf-303、paf-304多孔芳香骨架材料，在4.8mpa,298k下paf-302储氢量达到10.7wt%，对储氢的研究具有重大意义。另外团队通过改变pafs的骨架节点，又提出了tnd-1和tnd-2两种新型骨架材料。而吴选军研究组通过在金刚石c-c键中插入-c≡c-c≡c-，提出了具有适当孔径的碳的同素异形体（dda）。其在243k和12mpa下，dda对h2的吸收量也达到5.38wt％。另外，该团队将配位不饱和金属位点（cus）插入多孔芳香骨架（pafs），通过模拟计算发现，采用100％醇镁官能化改性的paf-302和paf-303在77k和10mpa下绝对储氢量分别达到9.9％（w）（65.9g/l）和15.0％（w）（50.5g/l），与美国能源部（doe）设定的重量和体积储氢材料值相比，分别高出80％（64.8％）和173％（26.3％）。

目前pafs等多孔储氢材料虽然在低温高压下有优良的储氢性能，但在常温下的储氢材料依然不够理想，同时低密度，高自由孔隙率的多孔材料表现出较差的体积储氢性能，商业化进程仍需推进。因此本课题拟在原有多孔材料结构基础上引入金属离子、互穿结构等来探讨对多孔骨架材料储氢性能的影响规律，从而获得适用于常温且具有均衡的体积储氢和质量储氢性能的多孔骨架材料。另外结合原子的径向分布函数，等温吸附热等数据对影响多孔骨架材料储氢性能的机理进行系统分析。

2. 研究的基本内容与方案

2.1. 目标：

通过分子设计得到一批具有不同拓扑结构（如fcu、she）的多孔骨架材料，模拟在不同温度，压力条件下对氢气的吸附，找出特定结构对储氢性能的影响及其原因。

2.2. 研究内容：

3. 研究计划与安排

第1-2周：资料收集、整理，撰写开题报告，完成英文翻译

第3-5周：熟悉掌握多孔骨架材料的分子设计与建模以及其结构参数表征方法

第6-9周： 通过gcmc模拟方法研究材料储氢性能与结构之间的关系

4. 参考文献（12篇以上）

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[3] he d q,he x x,wang k m,chen m,cao j,zhao y x.reversible stimuli-responsive controlled release using mesoporous silica nanoparticles functionalized with a smart dna molecule-gated switch [j].chemistry communication,2012,46(67):8410-8412.