鎵團(tuán)簇及夾心型全金屬復(fù)合物儲氫性能的理論研究.pdf

1、氫具有熱值高、環(huán)保、來源豐富和燃燒效率高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?。目前，氫能源發(fā)展所遇到的主要瓶頸是缺乏安全、高效的儲氫材料。傳統(tǒng)的純物理和化學(xué)吸附方式的儲氫，通常需要較低的溫度或較高的壓力，存在能耗高、儲量小、不安全等問題。金屬團(tuán)簇儲氫材料因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、儲氫密度高、具有可逆地吸、放大量氫氣的特性，適于氫氣的大規(guī)模儲運(yùn)，因而一直以來受到研究者的廣泛關(guān)注。作為理想的儲氫材料氫氣與金屬團(tuán)簇的結(jié)合能需在0.1～0.6eV之間

2、，以滿足常溫可逆吸-放氫氣的要求。
　　本文基于密度泛函理論設(shè)計(jì)并研究了Gan和Gan-1Mg(n=2-12)團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)及儲氫性能。研究表明:
　　(1)Gan(n=7-12)團(tuán)簇是在Ga6團(tuán)簇構(gòu)型的基礎(chǔ)上增加Ga原子形成的。Gan-1Mg(n=2-12)團(tuán)簇是Gan團(tuán)簇中一個Ga原子被Mg原子取代所形成。大部分摻雜Mg原子的Gan-1Mg與Gan團(tuán)簇結(jié)構(gòu)基本相似，其中Mg原子比所替代的Ga原子更加遠(yuǎn)離主團(tuán)簇Gan-1;Ga

3、3Mg、Ga4Mg團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)與Ga4、Ga5差別較大。平均結(jié)合能分析表明，Gan與Gan-1Mg金屬團(tuán)簇的穩(wěn)定性隨著n值的增大而增加。Gan-1Mg團(tuán)簇有兩種分離形式，一種是從團(tuán)簇中分離出一個Mg原子;另一種是從團(tuán)簇中分離出一個Ga原子，其中前者更容易發(fā)生。解離能分析表明，Gan和Gan-1Mg(n=3，5，7，10)團(tuán)簇的穩(wěn)定性較其他團(tuán)簇高。
　　(2)氫能夠以整分子或原子形式吸附在團(tuán)簇上。解離能和能量二階差分兩方面的分析表明，

4、GanH2(n=4，7)和Gan-1MgH2(n=3，7，9)穩(wěn)定性較其他團(tuán)簇高。HOMO-LUMO間隙分析表明，GanH2(n=4，7，9，11)和Gan-1MgH2(n=3，7，9，11)穩(wěn)定性較其他團(tuán)簇高。綜上所述GanH2(n=4，7)和Gan-1MgH2(n=3，7，9)與H2結(jié)合的穩(wěn)定性較其它團(tuán)簇高。
　　(3)團(tuán)簇吸氫前后穩(wěn)定性分析表明Ga7、Ga2Mg和Ga6Mg穩(wěn)定性較其它團(tuán)簇高。其中Ga7和Ga6Mg團(tuán)簇與氫的

5、結(jié)合能介于0.1～0.6eV之間，因此有望成為潛在的儲氫材料。
　　此外，對夾心型全金屬復(fù)合物Al8TM2(TM=Sc，Y，La，Ti，Zr，Hf,V，Nb，Ta)的芳香性、穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上討論了復(fù)合物Al4Sc2Al4的儲氫性能。研究結(jié)果表明:
　　(1)兩個過渡金屬原子TM(TM=Sc，Y，La，Ti，Zr，Hf,V，Nb，Ta)可以插入到兩個Al42-配體之間形成穩(wěn)定的夾心型全金屬復(fù)合物Al8TM2，其中A