Li-Mg-H三元體系結構、電子、熱力學性質的第一性原理計算研究.pdf

1、鋰、鎂、氫元素由于具有質量密度低、化學性質活潑等特點，在能源儲存與轉換領域扮演者重要角色。鋰、鎂、氫是高效儲氫材料以及鋰鎂二次電池電極材料的關鍵構成元素，雖然由上述三種元素構成的純相物質尚未實驗合成獲得，但可以相信該物質將會在材料質量密度、能量轉換效率等方面取得突破。本工作中采用第一性原理密度泛函理論計算的方法系統(tǒng)地考察了由鋰、鎂、氫三種元素組成的體系的基態(tài)有序結構、電子及熱力學性質。利用數(shù)據(jù)庫搜索的方法，按照一定原則篩選并列舉出一系列

2、Li2MgH4和LiMgH3的可能結構，通過結構優(yōu)化和能量比較發(fā)現(xiàn)二者的基態(tài)最穩(wěn)定構型分別為空間群Pbam的Na2MgCl4結構和空間群R3c的LiTaO3結構。電荷及成鍵分析表明，Li-Mg-H三元體系為離子鍵占主導的絕緣體體系，但Mg-H之間具有少許共價鍵成分。
　　 通過計算和比較Li2MgH4和LiMgH3在有限溫度時不同反應路徑下的生成反應吉布斯自由能發(fā)現(xiàn)，由單質Li、Mg、H2作為起始反應物質的反應路徑在熱力學上具有

3、最明顯的優(yōu)勢，但是會在動力學上受到純相分離的限制。三元氫化物與LiH、MgH2之間的轉化反應的吉布斯自由能接近于0，在熱力學上具有較強的可逆性，這為具有有序結構的三元氫化物尚未實際合成和分離提供了另一種解釋。
　　 在Li-Mg合金有序結構的高電子密度位置嵌入氫原子是本工作中探索三元有序結構時嘗試的另一種思路。隨著氫原子逐步嵌入合金體系，其電子性質由導體逐步過渡為絕緣體；嵌入氫原子后形成的飽和結構雖然在空間構型和電荷分布上較為合