LaNi-,5-儲氫材料中間相和氫化物中氦行為研究.pdf

1、本文從密度泛函理論為基礎的第一性原理出發(fā)，采用廣義梯度近似(GGA：Generalized Gradient Approximation)，運用全勢能線性綴加平面波(FLAPW：Full Potential Linearized Augmented Plane Wave)方法，首先系統(tǒng)的研究了鑭基儲氫材料中間相中氫原子的微觀組態(tài)和占據(jù)規(guī)律，通過優(yōu)化得到了LaNi<,5>H<,x>(x=2，3，4，5)的穩(wěn)定結構和電子性質(zhì)；另外，優(yōu)化計算

2、LaNi<,5>He晶體結構來探求氚衰變后氦在合金中的占據(jù)位置；并通過氫化物LaNi<,5>H<,5.5，5>He<,0.5，1>和LaNi<,5>H<,6.5,6>He<,0.5,1>以及衍生物LaNi<,4.5>A1<,0.5>H<,6.5.5.5>He<,0,0.5,1>建模研究，對鑭基儲氫材料氫化物中氦行為進行了詳細探討；以上計算結果均與相關實驗數(shù)據(jù)進行了對比首次對LaNi<,5>H<,2，3,4，5>進行了建模研究，經(jīng)過優(yōu)化得

3、到穩(wěn)定的晶體結構，從理論上驗證其存在性，并計算給出了它們的電子密度以及狀態(tài)密度圖。結果表明，幾種穩(wěn)定模型中，H原子最終穩(wěn)定地排布在基平面(12n位)和中間面(6m位)上，并且由于第一個氫原子占據(jù)在12n格位后，引起晶胞體積膨脹，使得第二個氫原子優(yōu)先占據(jù)中間面的6m格位，當氫原子個數(shù)從3增加到5時，氫原子在12n格位和6m格位交替占據(jù)。通過態(tài)密度和電子密度分析，H易與Ni離域形成共價鍵，而與La成鍵情況不明顯；La原子與Ni原子之間的相互

4、作用隨著H原子的增加而有所減弱。 對LaNi<,5>He晶體結構，構建了七種不同模型，優(yōu)化結果表明，氦在十二面體間隙(1b)的能量最低，因此氚衰變后，氦原子優(yōu)先占據(jù)該間隙位置。通過對氦遷移曲線的分析可得，氦原子可以從其他間隙位越過一定的勢壘向十二面體間隙擴散與遷移。通過對LaNi<,5>H和LaNi<,5>He二者態(tài)密度、電荷密度以及等勢面分布的比較發(fā)現(xiàn)，La原子和Ni(2c)原子之間電荷密度的降低和勢壘的升高，導致了它們之間成

5、鍵的減弱。 對于LaNi<,5>H<,5.5,5>He<,0.5.1>，優(yōu)化結果表明，氚衰變后的He原子易占據(jù)于四面體間隙(6c<,1>)位，而不再是十二面體(1b)格位，這也與XRD的分析結果是一致的。通過對態(tài)密度和電荷密度的分析可得，隨著體系氦含量的增加，在價帶的低能部分帶隙逐漸增大；并且在-4.0 eV處出現(xiàn)一個新的窄而高的峰，主要是He的s軌道形成的。另外，氦原子的電荷密度在空間局域性較強，與周圍的La原子和Ni原子沒有

6、明顯的成鍵現(xiàn)象；并且He原子四周的電荷密度較低，整個He原子處于一個較深的勢阱處。 首次對LaNi<,5>H<,6.5,6>He<,0.5.1>進行了理論計算，計算結果也證實了在氫化物中氦原子優(yōu)先占據(jù)四面體間隙6c<,1>格位，與LaNi<,5>H<,5.5,5>He<,0.5.1>的計算結果是一致的。與LaNi<,5>H<,7>相比，計算后的晶胞參數(shù)a增大了約0.05A，而晶胞參數(shù)c卻有減小的趨勢。 為了研究LaNi<