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[硕士论文] 李仕
材料学 哈尔滨工业大学 2012(学位年度)
摘要:LiBH4/MgH2体系因其极高的理论储氢容量而备受关注,是一种极具发展前景的储氢载体。然而,较差的动力学性能和循环性能等缺陷限制了其实际应用。
  本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,研究了LiBH4/MgH2体系的储氢机理。运用结构优化、态密度分析、最小能量原则等方法详细分析了LiBH4块体、LiBH4(001),(010),(100)和(101)表面以及LiBH4/MgH2混合体系的电子结构、成键特征和稳定性等性质。
  研究表明:(1)LiBH4块体中Bs和Hs电子之间的共价相互作用形成[BH4]-基团的四面体结构,而 Li+离子与[BH4]-基团之间则表现为离子键作用,共价键和离子键共存使得该化合物具有较高的热力学稳定性;(2)LiBH4(001)、(010)、(100)和(101)表面中,(001)面最不稳定,表面能为0.3492J/m2,其它三个表面具有相似的稳定性且表面层原子的电子态密度分布与体相原子的差别不大,表面能约为0.13~0.14J/m2;(3)在所研究的6种LiBH4/MgH2界面体系中,具有热力学稳定性的界面为(010)LB/(110)M和(101)LB/(001)M体系,界面形成能分别为-1.0323J/m2和-0.2639J/m2,其他界面热力学上均不稳定,形成能大于零;(4)LiBH4/MgH2体系稳定界面的形成对体系中H原子空位的形成(即H原子的解离)有一定的促进作用,在最稳定的界面(010)LB/(110)M中,MgH2的单H空位形成能降低为1.41eV,低于MgH2块体的单H空位形成能1.78eV。因此,LiBH4/MgH2体系稳定界面的形成有助于改善体系的放氢性能,其机理可能是MgH2先自行分解为Mg和H,而Mg又进一步促进了LiBH4的分解放氢反应。以后的研究工作需考察金属空位(Li和Mg)以及催化元素(如对体系掺杂过渡金属元素等)对LiBH4/MgH2体系放氢性能的影响机理。
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