储氢材料第一性原理缺陷释氢机理论文.doc

氢相关缺陷和金属掺杂对LiNH_2储氢材料释氢影响机理研究【摘要】 Li-N-H系储氢材料具有储氢量大、质量轻、价格低以及资源丰富等优点,该系储氢材料吸引了许多研究者的兴趣。然而,较高的释氢温度以及相对较慢的吸放氢动力学等缺点限制了Li-N-H系储氢材料的实际应用。本文采用密度泛函理论的第一性原理的赝势平面波的方法,研究了LiNH2缺陷及其掺杂原子交互作用对其释氢影响。明确缺陷Li-N-H系储氢材料的反应机理,对于提高储氢材料的性能,研制释氢温度较低的储氢材料提供理论基础,对Li-N-H系储氢材料的设计和优化具有重要意义。研究发现：系统结合能不能反映LiNH2缺陷及其掺杂合金的释氢性质。在含间隙氢的LiNH2缺陷中,系统平衡时,LiNH2中有一定的间隙氢原子存在,Mg、Ti掺杂使形成能大大降低,大大增大了间隙氢的浓度。间隙H原子在带隙引入了缺陷能级使带隙大大减小,提高释氢能力。间隙H原子导致NH2-中N-H原子间相互作用减弱,容易释氢。间隙H与NH2-中N存在共价作用,可以解释LiNH2释氢反应中NH3的放出。当存在掺杂时,N-H键的键强不均衡,部分较弱,部分较强,较弱的N-H键中H容易放出。在含空位缺陷和弗伦克尔缺陷的LiNH2中,形成能结果.更多还原【Abstract】 Li-N-H hydrogen storage materials have many advantages, such as, high-capacity hydrogen storage, light mass, low cost, rich raw materials and so on. So many scientists are interested in it. However, its applications are greatly hindered by its high operating temperature and its poor kinetics. In this thesis, a first-principles plane-wave pseudo-potential method based on the density functional theory was used to investigate the interaction of defect and doped atom on the dehydrogenation performan.更多还原 【关键词】 储氢材料； 第一性原理； 缺陷； 释氢机理； 【Key words】 hydrogen storage materials； first-principles calculation； defect； dehydrogenation mechanics； 摘要 4-5 Abstract 5-6 第一章 引言 9-15 一、氢能及其特点 9 二、储氢材料要求及分类 9-12 (一) 镁基储氢材料 10-11 (二) AMH_4金属络合氢化物 11 (三) Li/Mg-N-H系储氢材料 11-12 (四) LiBH_4及其复合的储氢材料 12 三、Li-N-H系储氢材料研究发展 12-13 四、选题意义及研究内容 13-15 第二章 理论计算基础 15-22 一、密度泛函理论(DFT) 16-18 (一) Hohenberg-Kohn定理 16-17 (二) Kohn-Sham方程(沈吕九方程) 17-18 二、交换关联能泛函 18-19 (一) 局域密度近似(LDA) 19 (二) 广义梯度近似(GGA) 19 三、赝势平面波方法 19-21 (一) 赝势 19-20 (二) 波函数展开 20-21 四、CASTEP模块简介 21-22 第三章 LiNH_2储氢材料中间隙H与掺杂原子交互作用对其释氢性能影响机理研究 22-27 一、计算模型和理论方法 22-23 (一) 计算模型 22-23 (二) 理论方法 23 二、计算结果与讨论 23-25 (一) 结合能和缺陷形成能 23-24 (二) 态密度 24-25 (三) 电荷布居 25 三、小结 25-27 第四章 氢空位和弗伦克尔缺陷及金属掺杂对LiNH_2储氢材料释氢影响机理研究 27-34 一、计算模型和理论方法 27-28 (一) 计算模型 27-28 (二) 理