氣體在MOFs材料中的擴(kuò)散及對(duì)材料穩(wěn)定性影響的計(jì)算化學(xué)研究的開題報(bào)告一、研究背景和意義隨著能源需求的不斷增加和化石燃料資源的日益枯竭，尋找新的、可持續(xù)的能源來(lái)源成為了全球關(guān)注的焦點(diǎn)。其中，氫氣作為一種清潔、高效的能源，備受人們關(guān)注。但是，氫氣具有較小的分子直徑和較強(qiáng)的擴(kuò)散性，造成氫氣在一般的材料中難以儲(chǔ)存和運(yùn)輸。而MOFs（金屬有機(jī)框架）材料因晶格中具有許多微孔和通道，并且能夠通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和合成獲得較高的孔道體積和孔徑尺寸，因此成為了一種理想的氫氣吸附、儲(chǔ)存和傳輸材料。因此，深入研究氣體在MOFs中的擴(kuò)散規(guī)律及對(duì)材料穩(wěn)定性的影響，對(duì)于MOFs材料的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要的意義。二、研究?jī)?nèi)容和方法本課題主要研究氫氣在MOFs材料中的擴(kuò)散規(guī)律，并探究氫氣在MOFs中擴(kuò)散對(duì)材料穩(wěn)定性的影響。具體研究?jī)?nèi)容如下：1.通過(guò)建立MOFs中氫氣擴(kuò)散的計(jì)算模型，研究氫氣在MOFs中的擴(kuò)散規(guī)律；2.通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究氫氣在MOFs中的擴(kuò)散情況，并探究孔徑大小、孔道長(zhǎng)度、溫度等因素對(duì)氫氣擴(kuò)散速率的影響；3.從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面考慮氫氣在MOFs材料內(nèi)的吸附和擴(kuò)散過(guò)程，分析在擴(kuò)散過(guò)程中MOFs的穩(wěn)定性變化。三、預(yù)期結(jié)果和研究意義通過(guò)本課題的研究，預(yù)期可以獲得如下研究結(jié)果：1.確定MOFs中氫氣擴(kuò)散規(guī)律，找到影響氫氣擴(kuò)散速率的主要因素；2.通過(guò)探究MOFs材料中氫氣擴(kuò)散的機(jī)理，為MOFs材料的改進(jìn)和優(yōu)化提供重要的理論支持；3.探究氫氣在MOFs材料中的吸附和擴(kuò)散對(duì)材料穩(wěn)定性的影響，為MOFs材料在氫氣儲(chǔ)存和傳輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。四、研究計(jì)劃和進(jìn)度本課題的主要研究任務(wù)和進(jìn)度如下：1.建立MOFs中氫氣擴(kuò)散的計(jì)算模型，完成氫氣擴(kuò)散規(guī)律的初步研究，預(yù)計(jì)用時(shí)1個(gè)月；2.分子動(dòng)力學(xué)模擬研究氫氣在MOFs中的擴(kuò)散情況，探究孔徑大小、孔道長(zhǎng)度、溫度等因素對(duì)氫氣擴(kuò)散速率的影響，預(yù)計(jì)用時(shí)2個(gè)月；3.從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面考慮氫氣在MOFs材料內(nèi)的吸附和擴(kuò)散過(guò)程，分析在擴(kuò)散過(guò)程中MOFs的穩(wěn)定性變化，預(yù)計(jì)用時(shí)3個(gè)月；4.總結(jié)研究成果，撰寫學(xué)位論文，預(yù)計(jì)用時(shí)2個(gè)月。五、可行性分析本課題旨在通過(guò)計(jì)算化學(xué)的方法和分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)來(lái)研究氣體在MOFs材料中的擴(kuò)散規(guī)律及對(duì)材料穩(wěn)定性的影響，目前，這些技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本課題研究的主要模型和方法已經(jīng)得到很好的應(yīng)用和驗(yàn)證，具有可行性。六、參考文獻(xiàn)1.ZuluagaS.,etal.Hydrogeninmetal-organicframeworks:areviewofexperimentalandsimulationapproaches[J].ChemicalSocietyReviews,2017,46(20):6085-6108.2.WangZ.,etal.TransportDiffusionSimulationofHydrogeninZIF-8byMolecularDynamics[J].JournalofPhysicalChemistryC,2012,116(18):10220-10225.3.LiuJ.,etal.Metal–OrganicFrameworksasMicromachines:ACooperativeMotion‐BasedNanomotor[J].AdvancedMaterials,2010,22(1):138-143.4.JiaoL.,etal.AQuasi‐AnalyticalModelofDiffusioninGasStorageMOFs:CorrelationsbetweentheDiffusionCoefficientandthePoreSize