C纳米管储氢研究：分子动力学模拟与H2扩散分析

"这篇论文是2011年由刘健康和何国柱发表在四川大学学报(自然科学版)上的，研究主题聚焦于碳纳米管的储氢性能以及氢分子在碳纳米管内的扩散现象。作者运用Brenner势能和Lennard-Jones（LJ）混合势能模型进行分子动力学模拟，以深入理解氢气在碳纳米管中的吸附行为和扩散特性。通过模拟，他们计算了碳与氢之间的径向分布函数，分析了单壁碳纳米管中氢分子的平均位置位移，并根据这些位移数据推算出不同温度下的氢分子扩散系数，探讨了温度对扩散系数的影响。该研究属于自然科学领域，具体分类在化学或材料科学之下，具有较高的学术价值。" 在这篇论文中，关键知识点包括： 1. **分子动力学模拟**：这是一种计算方法，通过模拟粒子间的相互作用来研究物质的动态行为，尤其适用于研究微观粒子如氢分子在碳纳米管中的行为。 2. **Brenner势能**：这是一种用于描述碳原子间相互作用的势能模型，特别适合模拟碳纳米管的结构和性质。 3. **Lennard-Jones势能**：LJ势能是模拟分子间相互作用的经典模型，包括吸引和排斥两部分，用于计算非极性分子间的距离依赖性能量。 4. **碳纳米管**：作为研究对象，碳纳米管是一种具有独特物理和化学性质的一维材料，其空心结构使其在储氢等领域有潜在应用。 5. **氢分子的吸附与存储**：研究中关注氢分子如何被碳纳米管吸附并储存在其内部，这对于开发高效安全的氢能存储技术至关重要。 6. **径向分布函数**：计算C-H之间的径向分布函数可以揭示氢分子与碳原子间的距离分布，从而了解氢分子在碳纳米管内的排列和稳定状态。 7. **平均位置位移**：通过计算氢分子的均方位移，可以了解其在碳纳米管内的运动模式和扩散行为。 8. **扩散系数**：扩散系数是衡量物质在某种介质中扩散速率的物理量，对于理解氢分子在碳纳米管内的传输过程及其影响因素具有重要意义。 9. **温度依赖性**：研究发现扩散系数随温度变化，这表明温度是影响氢分子扩散速度的关键参数，对于优化储氢系统的操作条件具有指导意义。 这篇研究对于理解和优化碳纳米管储氢技术，以及对其他气体在纳米材料中的存储和传输现象的研究提供了理论基础。