元素替代对Mg2Ni合金储氢性能影响的研究

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采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法,对Mg2Ni1-xMx(M= Ti, V, Cr)和Mg-Ni-Ti-H体系的电子结构和热力学稳定性进行研究,了解Mg2Ni基合金吸收和释放氢气的性能与电子结构的关系,为制备综合性能较好的储氢材料提供一定的理论参考。主要结论如下:1、研究了元素替代对Mg2NiH4释氢性能的影响。计算给出了晶胞参数、电子态密度、原子间的键序和生成焓,分析了氢化物的结构稳定性和原子间成键作用之间的关系。计算结果表明,生成焓的计算值随替代元素M(Ti, V, Cr)的变化趋势和实验测定的结果一致,且Ti的替代较好地降低了Mg2NiH4的结构稳定性,提高了Mg2NiH4的释氢性能。分析电子结构可得,Ni(h)-H和M-H间的相互作用是影响Mg2NiH4结构稳定性的主要因素,替代元素正是通过改变M-H的相互作用来提高Mg2NiH4的释氢性能。2、计算分析了Mg-Ni-Ti-H体系的电子结构和热力学稳定性。首先用钛原子取代体系的镁原子,替代位置为Mg(8f)位,随着钛元素替代体系中的Mg原子含量的不断增加,氢化物中的Ni—H相互作用会逐渐减弱,提高了体系的放氢动力学性能,但是随着钛元素替代含量的增加,合金的储氢容量会逐渐减少。当钛元素替代体系中的镍原子,氢化物中的Ni—H键的相互作用会逐渐减弱,改善了氢化物中的放氢动力学性能。Mg2NiH4、Mg1.875Ti0.125NiH4、Mg1.75Ti0.25NiH4、Mg2Ti0.125Ni0.875H4、Mg2Ti0.25Ni0.75H4的生成焓分别为-55.7kJ/mol,-53.6kJ/mol,-52.4kJ/mol,-54.1 kJ/mol,-52.8 kJ/mol,和实验值符合的较好。
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