取代Mg對Mg-,2-Ni型儲氫合金結(jié)構(gòu)和性質(zhì)影響的理論研究.pdf

1、當(dāng)今世界主要使用的是礦物燃料能源，如：煤、石油等，這些都屬于非再生能源。隨著世界工業(yè)的發(fā)展和人口的快速增長，這些能源每日都在以驚人的速度消失。而且大量使用這類能源對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。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污染的二次能源。21世紀(jì)也被稱為氫能源的時代，對氫能源的開發(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，難于儲存和運(yùn)輸，因此對于儲氫材料的開發(fā)便成為科研工作者關(guān)注的

2、焦點(diǎn)和研究的熱點(diǎn)。 本文以A2B型鎂基儲氫材料Mg2Ni為研究對象，采用密度泛函理論(DFT)的第一性原理平面波贗勢(PWP)方法。計算中，選取廣義梯度近似(GGA)下的PW91泛函來描述交換相關(guān)能，平面波截止能選取380eV。研究了Mg2Ni及其低溫相氫化物的晶體結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度分布和氫化過程的焓變。并且分別研究了使用Al、Ag原子取代合金中的Mg原子對合金改性的方法，討論了取代前后儲氫合金及其氫化物在晶體結(jié)構(gòu)、電子

3、密度分布、態(tài)密度分布和氫化過程的焓變等性質(zhì)上的變化，并以此為依據(jù)來評價“取代法”對合金改性的效果。本論文的研究內(nèi)容主要分為以下三個部分。 第一部分，對Mg2Ni及其氫化物的晶體結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度分布和氫化過程的焓變等性質(zhì)的理論研究。發(fā)現(xiàn)在Mg2Ni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原子的相互作用最強(qiáng)，并形成了[NiH4]結(jié)構(gòu)單元，導(dǎo)致氫化物脫氫困難，和Jasen的計算結(jié)果一致。并計算了Mg

4、2Ni合金氫化反應(yīng)生成低溫相氫化物的反應(yīng)焓變?yōu)?65.07kJ/mol(H2)，與實(shí)驗(yàn)值-65.5kJ/mol(H2)的相對誤差僅有0.656％。吸氫過程的焓變較高也是導(dǎo)致氫化物穩(wěn)定性高的原因。 第二和第三部分，分別研究了，使用電負(fù)性較大的Al和Ag原子對Mg2Ni合金的取代改性，并討論了取代前后儲氫合金及其氫化物在晶體結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度分布和氫化過程的焓變等性質(zhì)上的變化。使用Al或Ag原子取代Mg原子后，Al、Ag原子

5、和Ni之間的相互作用較強(qiáng)，導(dǎo)致氧化物中的Ni-H間的相互作用被削弱。由于 Al、Ag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，形成三角錐型的[N1H3]結(jié)構(gòu)單元，導(dǎo)致合金儲氫容量降低。并且吸放氫過程的能量變化明顯改善，使氫化過程的平衡氫壓升高，穩(wěn)定性降低。從理論上闡明了使用電負(fù)性較大的原子對Mg2Ni合金取代改性的可行性。 本論文的創(chuàng)新之處： 1.對儲氫合金Mg2Ni及其低溫相氫化物L(fēng)T

6、-Mg2NiH4的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及能量進(jìn)行理論計算，發(fā)現(xiàn)了低溫相氫化物中存在[NiH4]結(jié)構(gòu)單元，氫化物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從理論上解釋了低溫相氫化物脫氫困難的原因。 2.通過理論計算，說明了使用Al或Ag原子對Mg2Ni晶體中的Mg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，并說明了取代后生成的新型合金的特性。 3.研究了新型合金Al-Mg2Ni和Ag-Mg2Ni的各類型氫化物的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)以及各