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目前，储氢是氢能开发和实用化的一个关键问题，而碳纳米材料被认为是最有希望达到车载储氢标准的储氢材料。科学家预测刚发现的石墨烯具有优越的储氢性能。因而本文对富勒烯球笼、碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料的储氢性能进行对比研究。
本文根据物理吸附理论和Lennard-Jones(L-J)势能模型，采用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)，在常温和10MPa大气压条件下，对不同结构的碳纳米材料吸附储氢性能进行蒙特卡罗模拟，以探索其储氢机制。主要工作包含以下几个方面：
(1)用MATLAB语言独自编写出对不同结构的碳纳米材料包括球形富勒烯、碳纳米管、碳纳米锥体、石墨烯的蒙特卡罗储氢模拟程序，该程序具有图形结果可视化强，普适性好的特点。
(2)利用蒙特卡罗方法计算碳纳米管储氢量，结果发现储氢量随着管径增大而增大。当管径为2.06 nm和3.03nm时，其储氢量分别达到美国能源部(DOE)关于5kg车载储氢目标(2010年6.0wt％，2015年9.0wt％)。
(3)对单层的石墨烯和多层石墨晶体进行模拟，发现单层石墨烯因碳层表面卷曲程度最低且上下表面都可以储氢而具有最大储氢量，未经处理的石墨晶体几乎不储氢，但可以通过球磨、插入层间化合物等处理石墨晶体来拉开层间距或者减少石墨烯层数都能有效增加储氢量。
(4)从模拟结果发现：石墨烯层间距必须大于0.67nm氢分子才有机会进入石墨烯层间，此时储氢量可达5.35wt％；若层间距为0.80nm，则其储氢量为6.04wt％，达到美国能源部2010年的目标(6.0 wt％)。
本文所得结论可为碳纳米材料储氢的实际应用提供参考。