V、Ti合金化對Mg2Ni儲氫性能影響的第一性原理研究.pdf

1、隨著日益嚴重的環(huán)境污染和能源危機,尋找一種清潔無污染的可再生能源已迫在眉睫,氫氣具有燃燒后產(chǎn)物只有水,儲量豐富,可再生等優(yōu)點已被越來越多的研究者納入視線,21世紀也被稱為氫能源的時代,而目前學者們面臨的最大難題是氫氣的儲存。鎂基儲氫材料由于吸放氫平臺好、資源豐富、價格低等優(yōu)點,被稱為是最具前景的儲氫材料。
　　本文以AB2型鎂基儲氫合金Mg2Ni為研究對象,采用基于密度泛函理論(DFT)的平面波贗勢(PWP)方法,運用量子力學原理

2、,研究了Mg2Ni及其氫化物LT-Mg2NiH4的晶胞構型、電子結(jié)構和氫化反應焓,并分別采用3d過渡元素V和Ti對Mg2Ni合金進行組元部分替代,通過對其合金體系各項性質(zhì)的計算分析來研究元素摻雜對 Mg2Ni合金儲氫性能的影響。
　　通過對Mg2Ni及其常溫下氫化物LT-Mg2NiH4的晶體結(jié)構、態(tài)密度、電子密度和吸氫反應焓等性質(zhì)的計算,發(fā)現(xiàn):在Mg2Ni晶胞中沿a、b軸方向的作用力強于沿c軸方向的,吸氫作用和晶體結(jié)構的變化使得

3、LT-Mg2NiH4具有良好的穩(wěn)定性,強的 Ni-H鍵和較高的吸氫反應焓(-64.63KJ/(mol·H2))使得 LT-Mg2NiH4需要在一定條件下才可以順利脫氫。
　　研究了V合金化對Mg2Ni及其氫化物性能的影響,通過對取代前后合金體系的晶體結(jié)構、合金形成熱、態(tài)密度、電荷布居和吸氫反應焓等的計算發(fā)現(xiàn),在摻雜濃度x為0~0.5范圍內(nèi),V優(yōu)先占據(jù)Mg(6i)位,隨著濃度的增加,Mg2Ni相結(jié)構穩(wěn)定性降低,V的取代行為使得 Mg

4、2Ni晶胞中 Ni(3d)電子軌道的成鍵峰高度降低,合金相結(jié)構穩(wěn)定性降低,并對其氫化物中的Ni-H共價鍵造成了一定的削弱,使其更易于發(fā)生解氫反應。
　　研究了Ti合金化對Mg2Ni及其氫化物儲氫性能的影響,計算結(jié)果說明:在摻雜濃度為0~0.5的范圍內(nèi),Ti優(yōu)先占據(jù)Mg(6i)位,六方結(jié)構的固溶體合金Mg(2-x)TixNi極易分解為立方結(jié)構的Mg3TiNi2和六方結(jié)構的Mg2Ni組成的復合相。Ti的摻雜削弱了H原子和Ni原子間的相

5、互作用,降低了其合金體系的吸氫反應焓,提高了Mg2Ni氫化物的解氫能力。
　　在Ti合金化Mg2Ni研究的基礎上,本文對H原子在Mg2Ni(100)面及Mg3TiNi2(100)面的吸附現(xiàn)象進行了探討,發(fā)現(xiàn)H原子更傾向于吸附Mg2Ni(100)面C位的Mg-Ni橋位和 Mg3TiNi2(100)面 e位的 Mg-Ni橋位, H原子吸附于 Mg2Ni(100)面的吸附能(8.32~10.45eV)高于Mg3TiNi2(100)面(4