Mg17Al12合金儲(chǔ)氫機(jī)理的第一性原理計(jì)算.pdf

1、本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,研究了氫在Mg17Al12(001)表面的吸附、解離、擴(kuò)散過程,以及第三元素替代摻雜對(duì)Mg17Al12合金性能的影響,以期揭示Mg17Al12合金的儲(chǔ)氫機(jī)理,為Mg17Al12合金的實(shí)際應(yīng)用提供一定的理論參考。主要結(jié)論如下:
　　1、研究了氫氣分子在 Mg17Al12(001)表面的吸附、解離過程。討論了氫氣分子在 Mg17Al12(001)表面吸附的12種結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明,氫氣分子

2、最可能的吸附方式是以垂直于表面的形式,吸附在Mg17Al12(001)表面的Mg-Mg橋位,對(duì)應(yīng)的氫的吸附能為0.145eV。氫氣分子解離形成的兩個(gè)氫原子在Mg17Al12(001)表面最佳的吸附位是Mg原子頂位與Mg-Mg橋位,對(duì)應(yīng)的氫的吸附能為0.36eV。對(duì)氫氣分子在Mg17Al12(001)表面的解離進(jìn)行過渡態(tài)搜索計(jì)算,結(jié)果表明,氫氣分子在Mg17Al12(001)表面的解離需跨越約0.92eV的勢(shì)壘。氫氣分子解離的過程中,H-

3、H鍵長(zhǎng)不斷變長(zhǎng)直至斷裂,氫原子逐漸向表層的Mg原子靠攏。
　　2、研究了氫原子在 Mg17Al12(001)表面的吸附、擴(kuò)散情況。討論了氫原子在Mg17Al12(001)表面吸附的6種結(jié)構(gòu),計(jì)算結(jié)果表明,氫原子可以穩(wěn)定吸附在 Mg17Al12(001)表面的Mg-Mg橋位,此時(shí)氫的吸附能為1.12eV。對(duì)吸氫后體系的電子結(jié)構(gòu)分析表明,被吸附的氫原子與表層的Mg原子間有較強(qiáng)的相互作用,同時(shí)表層的近鄰Mg-Mg原子之間的相互作用也增強(qiáng)

4、,Mg-Mg鍵能增加,Mg-Mg距離縮短。此外對(duì)氫原子在Mg17Al12(001)表面的擴(kuò)散進(jìn)行過渡態(tài)搜索計(jì)算發(fā)現(xiàn),氫原子從合金表面擴(kuò)散進(jìn)入合金內(nèi)部需要克服的勢(shì)壘為2.31eV。
　　3、研究了第三元素替代摻雜對(duì)Mg17Al12合金的影響。計(jì)算結(jié)果表明,元素的替代提高了合金的穩(wěn)定性,且替代后的Mg33Al24-X(X=Ni,Ti,V)晶胞發(fā)生了一定程度的收縮。其中,Ni元素的摻雜對(duì)合金的穩(wěn)定性的影響最大。對(duì)Mg33Al24-Ni的