近日，我校电气信息工程学院硕士2024级研究生鲁远杰在秦振涛老师的指导下，以攀西地区钒钛资源优势为背景，围绕新型储氢纳米材料的性能机理开展系统研究，在Nature旗下期刊Scientific Report（《科学报告》）发表题为《Multiscale Molecular Dynamics Investigation of High-Efficiency Hydrogen Storage in Titanium-Doped Carbon Nanotubes》的研究论文。
图1 （12,12）扶手椅型单壁碳纳米管模型结构示意图
图2 在 3 MPa 压力条件下（12,12）扶手椅型碳纳米管的储氢密度示意图
全文链接: https://doi.org/10.1038/s41598-025-26005-0
氢能是实现能源结构绿色转型的重要载体，而“高密度、可逆、稳定”储氢材料是制约氢能规模化应用的关键瓶颈。针对传统碳基材料在中低压下储氢密度不足、活性位点受限等难题，构建了多尺度模拟框架，同时进一步提出压力修正Lennard-Jones势函数。如图1所示，该研究选取（12,12）扶手椅型单壁碳纳米管作为主要储氢载体，并在其表面引入钛原子掺杂以构建高活性储氢位点。在此基础上，进一步计算了不同温压与掺杂条件下的储氢密度提升效果，其关键结果如图2所示。模拟结果显示，在77 K、3 MPa条件下，5% Ti掺杂的(12,12) CNT储氢密度达到8.04 wt.%，约为未掺杂体系的四倍。该成果立足区域资源禀赋与国家“双碳”目标，提出的“压力—掺杂协同优化”储氢策略不仅可推广至其他过渡金属掺杂碳材料，也为MOFs等多孔储氢体系提供了可借鉴的设计范式。
未来，该团队在巩固多尺度分子动力学研究优势的基础上，引入人工智能（机器学习）方法，构建储氢材料结构性能快速预测与高通量筛选体系，探索“计算模拟+数据驱动”融合的新型材料设计路径，力争产出更多具有区域特色与应用前景的标志性成果，为攀西战略资源创新开发试验区建设和氢能产业高质量发展持续贡献“攀大智慧”。
