第一性原理研究Ti替代Mg2Ni和Mg2NiH4的結構與電子特性.pdf

1、隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭，尋找可替代的可再生能源，逐漸成為全球共同關注的焦點。從經濟型和環(huán)境友好型因素出發(fā)，氫能無疑是未來最有可能替代傳統(tǒng)能源的清潔能源之一，氫能是未來最有可能替代傳統(tǒng)能源的可再生能源之一。為了實現(xiàn)氫能的大規(guī)模實際應用，有效的儲氫方式尤為關鍵且極具挑戰(zhàn)性。Mg2Ni因為優(yōu)點突出（儲氫體積密度大、價格低廉、來源廣泛）被認為是目前最具應用和開發(fā)前景的儲氫合金之一。但是，由于較高的脫氫反應焓(64kJ/mol)和高的放氫溫度，以

2、及反應動力學和熱力學性能較差，阻礙了其實際應用。為了改善Mg2Ni合金的吸放氫性能，科研人員在實驗和理論方面均已有嘗試在Mg2Ni合金及其Mg2NiH4氫化物中進行組分修正，發(fā)現(xiàn)摻雜第三類元素能夠有效的改善熱力學穩(wěn)定性和吸放氫動力學性質。本論文通過采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計算研究了Ti摻雜Mg2Ni和Mg2NiH4的結構和電子特征，揭示了Ti摻雜對于改善Mg2NiH4熱力學穩(wěn)定性的內在機理，深化了對復雜氫化物的結構特征

3、及其內在機制的理解，為開發(fā)先進的儲氫材料提供有價值的線索。論文的主要內容概括如下:
　　(1)采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理系統(tǒng)研究了復雜三元合金Mg11TiMgNi5TiNi的結構和電子性能，通過計算Ti替代不同位置后的電子總能量來確定Ti摻雜的擇優(yōu)性。計算所得的形成焓表明，Ti共替代Mg和Ni的熱力學穩(wěn)定性介于單替代Mg和單替代Ni之間，這就意味著共替代在熱力學上比單摻雜Ni更可行。計算所獲得的化學親和力低于兩個單

4、替代情況，意味著共替代合金相對應的氫化物有較低的穩(wěn)定性，更容易釋放出氫原子。進一步研究的電子結構揭示了共替代后Ti-Ni鍵的存在使Ni-Ni和Ni-Mg共價鍵受到了有效的弱化，而導致結果穩(wěn)定性降低，降氫能力增強。
　　(2)第一性原理對比研究了Ti單摻雜和共摻雜對Mg2NiH4釋氫性能的影響。與單摻雜相對比，較高的形成焓暗示著共摻雜后，體系在熱力學上的穩(wěn)定性較低。計算所得的Ni-H平均鍵長大于單摻雜的，表明較弱的Ni-H鍵和較不穩(wěn)