Nb-TM體系氫滲透性能的第一性原理計(jì)算研究.pdf

1、隨著燃料電池等領(lǐng)域?qū)Ω呒儦錃獾男枨罅咳找嬖黾?，開展用于氫氣分離和純化的新型氫滲透材料應(yīng)用前景廣闊。VB族金屬（V，Nb，Ta）因具有良好氫滲透性能，而被廣泛關(guān)注和研究。但這些金屬吸氫后產(chǎn)生嚴(yán)重的氫脆問題而無法直接應(yīng)用，合金化是改善其氫脆特性的有效途徑。
　　首先，基于密度泛函理論的第一性原理方法，通過建立合理的晶體結(jié)構(gòu)模型，我們對Nb基氫化物進(jìn)行了摻雜過渡金屬元素Ti和Mo原子的的理論計(jì)算，研究其熱力學(xué)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和

2、氫滲透性能，結(jié)果表明：
　　1、相比Ti原子摻雜，Mo原子摻雜致使Nb基氫化物具有更大的體模量、楊氏模量和剪切模量，表明Mo原子摻雜能改善Nb基氫化物的力學(xué)性質(zhì)。
　　2、Mo原子摻雜后，其擴(kuò)散能壘值和氫擴(kuò)散系數(shù)分別為0.12eV和5.65×10-6cm 2s 1，相比Ti原子摻雜，Mo摻雜的Nb基氫化物具有更低的能壘值和更大的氫擴(kuò)散系數(shù)。
　　其次，為繼續(xù)探索Mo原子摻雜的表面滲透性能，我們研究了氫原子在材料表面的滲

3、透吸附機(jī)理。經(jīng)過一系列測試計(jì)算，我們選定了原子層為7層真空層厚度為12的合理表面模型。在合理表面模型基礎(chǔ)上，計(jì)算了氫原子到表面不同吸附位置的吸附能。研究發(fā)現(xiàn)氫原子吸附到表面洞位置時(shí)，其吸附能最大,氫原子更傾向于占據(jù)洞位置。
　　最后，我們使用微動彈性帶方法，計(jì)算了氫原子從表面洞位置滲透到次表面層氫原子間隙位置的擴(kuò)散能壘值和擴(kuò)散系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，氫原子由表面洞位置滲透進(jìn)四面體間隙位置具有更低的能壘值和更大的氫擴(kuò)散系數(shù)。本課題順利完成將