V、Ti合金化對(duì)Mg2Ni儲(chǔ)氫性能影響的第一性原理研究.pdf

1、隨著日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī),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(chǔ)量豐富,可再生等優(yōu)點(diǎn)已被越來越多的研究者納入視線,21世紀(jì)也被稱為氫能源的時(shí)代,而目前學(xué)者們面臨的最大難題是氫氣的儲(chǔ)存。鎂基儲(chǔ)氫材料由于吸放氫平臺(tái)好、資源豐富、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),被稱為是最具前景的儲(chǔ)氫材料。
　　本文以AB2型鎂基儲(chǔ)氫合金Mg2Ni為研究對(duì)象,采用基于密度泛函理論(DFT)的平面波贗勢(shì)(PWP)方法,運(yùn)用量子力學(xué)原理

2、,研究了Mg2Ni及其氫化物L(fēng)T-Mg2NiH4的晶胞構(gòu)型、電子結(jié)構(gòu)和氫化反應(yīng)焓,并分別采用3d過渡元素V和Ti對(duì)Mg2Ni合金進(jìn)行組元部分替代,通過對(duì)其合金體系各項(xiàng)性質(zhì)的計(jì)算分析來研究元素?fù)诫s對(duì) Mg2Ni合金儲(chǔ)氫性能的影響。
　　通過對(duì)Mg2Ni及其常溫下氫化物L(fēng)T-Mg2NiH4的晶體結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、電子密度和吸氫反應(yīng)焓等性質(zhì)的計(jì)算,發(fā)現(xiàn):在Mg2Ni晶胞中沿a、b軸方向的作用力強(qiáng)于沿c軸方向的,吸氫作用和晶體結(jié)構(gòu)的變化使得

3、LT-Mg2NiH4具有良好的穩(wěn)定性,強(qiáng)的 Ni-H鍵和較高的吸氫反應(yīng)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(duì)Mg2Ni及其氫化物性能的影響,通過對(duì)取代前后合金體系的晶體結(jié)構(gòu)、合金形成熱、態(tài)密度、電荷布居和吸氫反應(yīng)焓等的計(jì)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(gòu)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(gòu)穩(wěn)定性降低,并對(duì)其氫化物中的Ni-H共價(jià)鍵造成了一定的削弱,使其更易于發(fā)生解氫反應(yīng)。
　　研究了Ti合金化對(duì)Mg2Ni及其氫化物儲(chǔ)氫性能的影響,計(jì)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(gòu)的固溶體合金Mg(2-x)TixNi極易分解為立方結(jié)構(gòu)的Mg3TiNi2和六方結(jié)構(gòu)的Mg2Ni組成的復(fù)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(yīng)焓,提高了Mg2Ni氫化物的解氫能力。
　　在Ti合金化Mg2Ni研究的基礎(chǔ)上,本文對(duì)H原子在Mg2Ni(100)面及Mg3TiNi2(100)面的吸附現(xiàn)象進(jìn)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