物理吸附是基于吸附剂的表面力场作用，根源于气体分子和固体表面原子电荷分布的共振波动，范德华力是维系吸附的作用力，这类材料有碳质材料、金属有机骨架（Metal Organic Framenorks，MOF）材料和沸石咪唑酯骨架结构（Zeolitic Imidazolate Frameuorks，ZIF）材料、微孔/介孔沸石分子筛等矿物储氢材料。这里只介绍碳基纳米材料和MOF的计算模拟研究进展。

1.碳基纳米材料

碳基纳米材料因其特殊的管状结构、比表面积大、质轻、多孔等独特的性质，曾被认为潜力的储氢材料之一，然而随着理论和实验工作的不断深入，对先前数据可重复性和可靠性提出质疑，未经修饰的碳基纳米结构难以用作室温储氢，如碳纳米管的缺点在于和H₂物理吸附的结合能过小，而形成化学吸附需克服导致了储氢动力学缓慢的3eV的势垒。提高化学活性的方法主要是引入过渡金属或碱金属原子修饰，使得改变了碳基纳米材料的电子结构从而改变了H₂分子物理化学吸附的势垒。

Lee等人^[61]报道了Li原子（5，5）在单壁碳纳米管内外两个不同吸附位的掺入，电子注入使H₂化学吸附的能量势垒降低0.3～0.5eV，而LiH容易零势垒吸附和解离。Zhou等人^[62]研究发现电荷的注入对化学吸附势垒的影响对于碳纳米管的直径和手性非常敏感，电子注入对降低aimchair型碳纳米管的活化能非常有效，而空穴注入对降低zigzag型纳米管的活化能有效。

Chandrakumar等人^[63]研究了碱金属修饰富勒烯的储氢性能，Na修饰的富勒烯以Na₈C₆₀的形式稳定存在，可以吸附48个H₂分子成为[Na（H₂）₆]₈C₆₀，储氢量达9.5wt%，吸附增强的机理主要是电荷从碱金属转移到富勒烯以及形成的离子与双氢之间的静电吸引。Sun等人^[64]第一性原理研究了Li₁₂C₆₀团簇的储氢性质，五边形带有的12个Li原子不仅很稳定，而且不需要任何催化剂就可以存储120个氢原子，结合能为0.075eV/H₂。

石墨烯与氢键合可形成石墨烯的氢化物，从而表现出不同的电子结构和晶体形态。Sofo等人^[65]从理论上先预测了存在一种二维扩展的石墨烷（graphane），结构如图11-7所示，它是一种饱和的碳氢化合物，具有分子式（CH）_n，其中所有的碳以sp³杂化并形成六角网络结构，氢原子以交替形式从石墨烯平面的两端与碳成键，其体相储氢能力为0.12kg/L，显示石墨烯有可能成为一种新型的储氢材料。Boukhvalov等人^[66]的理论计算也同样证实了石墨烯的储氢潜力。(www.daowen.com)

2.MOF材料

MOF化合物是由含氧、氮等的多齿有机配体（大多是芳香多酸或多碱）与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。为了从原理上真正理解其储氢机理，并依此为基础进一步改善该类材料的储氢性能，国内外学者从模拟计算的角度对其进行了大量的研究工作^[67-78]。

Han等人^[79]用Be和Mg取代Zn、用新型有机配体取代BDC制得了分别具有不同中心金属离子的MOF-C6、MOF-C10、MOF-C16、MOF-C22和MOF-C30等MOF材料，并基于第一性原理对其储氢能力进行了预测，结果发现，轻金属Mg和Be对Zn的取代以及用各种有机配体取代均可以使MOF材料的储氢量明显提高，有机联结体分子中共轭碳原子的个数越多使相应MOF储氢量越高。

Gaddard等人^[67]在2009年Chem.Soc.Rev.的MOF专刊中综述了最新的包括量子化学（从头计算和DFT）、巨正则蒙特卡洛模拟以及分子动力学模拟对MOF和COF的储氢的计算机模拟相关的研究，从孔的大小、注入、渗透、金属氧化物部分和有机连接部分的开放金属位点、碱金属元素的掺杂、轻金属氧化物的置换、功能化有机链接以及氢气溢出等多方面改善MOF储氢性能。