B、Cu元素取代對(duì)Mg2Ni型儲(chǔ)氫合金結(jié)構(gòu)和性質(zhì)影響的理論研究.pdf

1、氫,在宇宙中含量豐富,可以再生,燃燒后的生成物只有水,是一種理想的綠色無(wú)污染的二次能源。21世紀(jì)也被稱為氫能源的時(shí)代,對(duì)氫能源的開發(fā)和利用成為了非常重要的課題。但是,氫氣在常溫下易泄漏,易爆炸,難于儲(chǔ)存和運(yùn)輸,因此對(duì)于儲(chǔ)氫材料的開發(fā)便成為科研工作者關(guān)注的焦點(diǎn)和研究的熱點(diǎn)。
　　 本文以A2B型鎂基儲(chǔ)氫材料Mg2Ni為研究對(duì)象,采用密度泛函理論(DFT)的第一性原理平面波贗勢(shì)(PWP)方法。研究了Mg2Ni及其低溫相氫化物的晶體結(jié)

2、構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度分布和氫化過(guò)程的焓變。并且分別研究了使用B、Cu原子分別取代合金中的Mg、Ni原子對(duì)合金改性的方法,討論了取代前后儲(chǔ)氫合金及其氫化物在晶體結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度分布和氫化過(guò)程的焓變等性質(zhì)上的變化,并以此為依據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)“取代法”對(duì)合金改性的效果。本論文的研究?jī)?nèi)容主要分為以下四個(gè)部分。
　　 第一部分,對(duì)Mg2Ni及其氫化物的晶體結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度分布和氫化過(guò)程的焓變等性質(zhì)的理論研究。發(fā)現(xiàn)在MgaN

3、i中沿著晶胞a軸方向Ni-Ni的相互作用最強(qiáng),在氫化物中H原子與Ni原子的相互作用很強(qiáng),導(dǎo)致氫化物脫氫困難,和Jasen的計(jì)算結(jié)果一致。并計(jì)算了Mg2Ni合金氫化反應(yīng)生成低溫相氫化物的反應(yīng)焓變?yōu)?51.2781kJ／mol(H2),吸氫過(guò)程的焓變較高也是導(dǎo)致氫化物穩(wěn)定性高的因?yàn)椤?br>　　 第二和第三部分,分別研究了使用電負(fù)性較大的B和使用電負(fù)性較小的Cu原子對(duì)Mg2Ni合金的取代改性,并討論了取代前后儲(chǔ)氫合金及其氫化物在晶體結(jié)構(gòu)、

4、電子密度分布、態(tài)密度分布和氫化過(guò)程的焓變等性質(zhì)上的變化。使用B原子取代Mg原子后,B原子和Ni原子之間的相互作用較強(qiáng),導(dǎo)致氫化物中的Ni-H間的相互作用被削弱。由于B原子的電負(fù)性較大,使Ni原子外層電子偏移,減弱了Ni原子和H之間的相互作用,導(dǎo)致合金儲(chǔ)氫容量降低。并且吸放氫過(guò)程的能量變化明顯改善,使氫化過(guò)程的平衡氫壓升高,穩(wěn)定性降低。使用Cu原子取代Ni原子后,Cu的電負(fù)性比Ni小,Cu對(duì)H的吸附能力較Ni對(duì)H的吸附能力差,H-Cu原子

5、間相互作用力較原來(lái)H-Ni原子間作用相比有所減弱,導(dǎo)致Cu-Mg2NiH4體系變得不穩(wěn)定,降低脫氫溫度,對(duì)放氫比較有利。從理論上闡明了對(duì)Mg2Ni合金取代改性的可行性。
　　 第四部分,研究了B取代Mg,同時(shí)Cu取代Ni得到的合金的晶體結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度等性質(zhì)。雙取代以后晶胞體積改變大小適中,也既能增大貯氫能力并且比Cu—Mg2Ni晶胞不容易粉化,并且晶胞整體的穩(wěn)定性有所降低了,雙取代優(yōu)于單取代。
　　 本論文的

6、創(chuàng)新之處:
　　 1.對(duì)儲(chǔ)氫合金Mg2Ni及其低溫相氫化物L(fēng)T-Mg2NiH4的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及能量進(jìn)行理論計(jì)算,發(fā)現(xiàn)H、Ni原子間發(fā)生了較強(qiáng)的相互作用,從理論上解釋了低溫相氫化物脫氫困難的因?yàn)椤?br>　　 2.通過(guò)理論計(jì)算,說(shuō)明了使用B或Cu原子對(duì)Mg2Ni晶體中的Mg、Ni原子進(jìn)行替代后生成的新合金的晶體結(jié)構(gòu)的變化,以及電子結(jié)構(gòu)的變化,并說(shuō)明了取代后生成的新型合金的特性。
　　 3.研究了新型合金B(yǎng)-Mg2