Ti取代對Mg-,2-Ni儲(chǔ)氫合金結(jié)構(gòu)和性質(zhì)影響的理論研究.pdf

1、能源是人類存在發(fā)展的基石和動(dòng)力。如果沒有能源，人類就沒有辦法生存下去；如果能源不足，就會(huì)制約社會(huì)更大的進(jìn)步和發(fā)展。近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺問題也日益突出。氫能源是一種能量密度高、沒有污染的能量載體，世界各國極為關(guān)注的就是它的發(fā)生、貯存和利用，由此21世紀(jì)被認(rèn)為是氫能時(shí)代。因此，各個(gè)國家科研工作者的共同目標(biāo)就是尋找代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳?xì)淠茉吹沫h(huán)保型、清潔型的新能源。
　　 本文以鎂基儲(chǔ)氫材料Mg2Ni合金為研究對象，采用密度

2、泛函理論的第一性原理方法，研究了Mg2Ni及Ti取代以后的晶體結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度和氫化過程焓變。分別用Ti原子取代了晶胞中不同位置的Ni原子（Ni原子在Mg2Ni晶胞中存在兩類：即3d位置和3b位置），討論了取代前后儲(chǔ)氫合金及其氫化物在上述性質(zhì)上的變化。本論文的研究內(nèi)容主要分為以下三個(gè)部分。
　　 第一部分，研究了Mg2Ni及其3d位置的Ni被Ti取代所得到的合金和相應(yīng)氫化物的晶體結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度和氫化過程焓變

3、等性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，在Mg2Ni（即：Mg12Ni6）晶體中，Ni-Ni原子之間的相互作用是最強(qiáng)的，其次是Mg-Ni。在Mg12Ni6H2晶胞中，Ni-H原子之間強(qiáng)烈的相互作用造成了脫氫的困難。Ti取代Ni(3d)原子，Ni-Ti原子之間的相互作用弱于Ni-Ni原子之間的相互作用。取代后加氫，在 Mg12Ni6-xTixH2（x=1，2，3）晶胞中，Ti-H原子之間的相互作用弱于Mg12Ni6H2晶胞中Ni-H之間的相互作用，有利于降低放

4、氫溫度。
　　 第二部分，研究了Mg2Ni及其3b位置的Ni被Ti取代所得到的合金和相應(yīng)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焓變等性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，Ti取代Ni(3b)原子，Ni-Ti、Ni-Mg原子之間的相互作用都弱于Mg12Ni6晶胞中Ni-Ni、Ni-Mg原子之間的相互作用。取代后晶胞的體積增大，更加有利于H原子的進(jìn)入。
　　 第三部分，研究了Al取代Mg，同時(shí)Ti取代Ni得到的合金及相應(yīng)氫化物的晶體

5、結(jié)構(gòu)、電子密度分布、態(tài)密度和氫化過程焓變等性質(zhì)。并比較了單取代與雙取代對合金吸氫的影響。雙取代后得到的合金中吸氫原子與氫原子的相互作用較弱，有利于放氫。雙取代有利于減弱Ni-H原子之間較強(qiáng)的相互作用，雙取代優(yōu)于單取代。
　　 本論文的創(chuàng)新之處：
　　 1.用基于密度泛函理論的第一性原理方法對Mg12Ni6合金及其氫化物的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果與中子粉末衍射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，說明所用計(jì)算方法是可靠的。

6、>　　 2.電子密度分布和態(tài)密度分析表明，在Mg12Ni6H2晶胞中Ni-4s與H-1s軌道之間的相互作用形成了較強(qiáng)的共價(jià)鍵，這是造成脫氫困難的主要原因。
　　 3.Ti取代Mg12Ni6晶胞中3d位置的Ni原子，每增加一個(gè)Ti原子取代，晶胞體積增大約4％。其相應(yīng)氫化物中Ti-H原子之間的相互作用比Mg12Ni6H2中Ni-H原子之間的相互作用弱，有利于降低脫氫溫度。
　　 4.Al-Ti雙取代即Al1Mg11Ni5T