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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非常有希望达到车载储氢标准的储氢材料。石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性及电学质量，极高的比表面积，是一种非常理想的储氢材料。石墨烯储氢机理的研究不仅具有重要的理论价值，还可以为氢能的开发利用提供理论依据。笼形水合物储氢材料主体分子是水，储存氢排放的唯一产物是水，是一种无污染的储氢材料。在当今环境日益恶化的形势下，如果能作为储氢材料，不仅能解决工业和人们对能源的需求，而且也为全球的环境和后代的生存提供了可靠保障。地球表面3/4被水覆盖，使得笼形水合物作为一种廉价的储氢材料受到人们的广泛关注。本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究氢分子吸附在掺杂石墨烯上的储氢机理和探讨笼型水合物储氢原理，主要做了如下工作：
（1）利用密度泛函理论计算钛掺杂石墨烯对氢分子的吸收。计算显示：钛掺杂石墨烯使氢分子的结合能增加到0.43-0.60eV。钛的3d轨道与氢的σ和σ*轨道之间的杂化对于加强氢分子的吸附起重要作用，表面极化和氢分子极化也加强了它们之间的相互作用。
（2）利用密度泛函理论计算了四面体Pd4掺杂在石墨烯上Pd4的几何结构，电子结构；氢吸附在Pd4掺杂石墨烯体系的几何结构，电子结构。计算表明：在Pd4掺杂石墨烯时，它们之间的相互作用是由于下面三个Pd原子转移了它的3dz2轨道电子到石墨烯的π*轨道上，然后石墨烯又转移部分它的π轨道电子到3个Pd原子的3dxz+3dyz轨道上，使得四面体Pd4掺杂石墨烯储氢是一种良好的催化剂。
（3）研究了笼形水合物储氢材料的结构、稳定性，并对不同结构水合物的储氢特性及储氢量进行了比较。最后对笼形水合物储氢材料研究中存在的问题及今后的发展方向进行了探讨与展望。