MgH_2储氢体系加氢反应机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土和过渡元素替代对MgH_2储氢体系的加氢反应影响机理。研究发现氢原子可以在Mg表面形成稳定的吸附。稀土和过渡元素Fe,V,Ti,Nb,La替代Mg降低了H的吸附能,表明合金元素可以提高H在Mg表面吸附的稳定性。表面吸附体系稳定性由高到低的次序为:Nb,Fe,V,Ti,La掺杂Mg表面。电子结构及电荷布局分析结果表明,稀土La与H间电子耦合较弱;而过渡金属原子明显与H有较强的共价相互作用。H能稳定的吸附在Mg的表面,为H进一步向Mg体内扩散提供了条件,从而为Mg氢化生成MgH_2提供了H源。此外,吸附H也可能会与掺杂元素生成氢化物(如TiH2),这些氢化物也是Mg氢化生成MgH_2的催化剂。合金原子与H间存在的强的共价作用是提高MgH_2的加氢性能的决定原因。

元素替代对MgH_2储氢材料释氢影响机理的第一原理研究

用基于密度泛函理论的赝势平面波第一原理方法研究金属元素替代对MgH_2释氢的影响机理.结果表明:带隙的宽窄和带隙中是否存在杂质能级是影响MgH_2储氢材料释氢性能的关键因素,Nb,Fe,Ti,V在能隙近中央引入杂质能级,使得MgH_2的H-Mg键键强减弱,有利于放氢.La在导带底引入杂质能级,降低带隙宽度,晶体中结合最弱的键断裂变得容易,也有利于放氢.Nb,Fe,Ti,V,La与近邻氢原子间形成共价键,形成金属氢化物,对释氢起到催化作用.La与H间的共价作用较弱,其金属氢化物的催化作用相对较弱.掺杂元素使Mg与周围H的静电作用力不对称,与Mg作用力小的H容易释放出来,起到提高MgH_2释氢的作用.比较发现V,Fe明显降低MgH间的离子键强度.