硼化鋰低維結(jié)構(gòu)與儲氫性能預(yù)測.pdf

1、硼元素與碳元素非常類似，它也具有豐富的低維構(gòu)形，包括二維平面、一維納米管和零維籠狀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)通過某些金屬修飾后，具有良好的儲氫性能，可以在常溫常壓下實現(xiàn)氫的存儲，而備受關(guān)注。另外，硼元素由于具有良好的化學(xué)活性，可以同所有的金屬化合形成形態(tài)各異的化合物。本論文，我們通過不同的方法預(yù)言了一系列的硼化鋰二維結(jié)構(gòu)?；诿芏确汉碚撚嬎?，研究了這些結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性和儲氫性能。主要內(nèi)容如下:
　　(1)基于一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)建了兩種穩(wěn)定的

2、、構(gòu)形類似的準(zhǔn)二維平面結(jié)構(gòu)。由于其化學(xué)當(dāng)量為Li2B5，因此將其命名為Li2B5-Ⅰ和Li2B5-Ⅱ。將Li2B5-Ⅱ沿著兩個垂直的方向卷曲，可以得到直徑在4.48-19.59(A)之間的一系列穩(wěn)定的納米管。和平面結(jié)構(gòu)相比，管狀結(jié)構(gòu)具有更高的熱力學(xué)穩(wěn)定性。隨著納米管直徑的增加，結(jié)構(gòu)的平均原子能先減少后增加，最終與平面結(jié)構(gòu)的平均原子能趨近。
　　對平面結(jié)構(gòu)和幾個典型的管狀結(jié)構(gòu)儲氫性能進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，每個Li原子周圍最多可以吸附

3、兩個H2分子，儲氫質(zhì)量密度達(dá)10.6wt％。由于Li原子與B原子之間通過離子鍵結(jié)合，離子化的Li原子周圍分布較強(qiáng)的電場，對H2分子具有較強(qiáng)的極化作用，從而實現(xiàn)對H2分子的吸附。同時，H2分子與Li之間也有軌道雜化，并且B原子也參與了與H2分子間的相互作用。
　　(2)基于粒子群優(yōu)化算法的晶體結(jié)構(gòu)分析，對化學(xué)當(dāng)量為Li2B5二維構(gòu)形進(jìn)行廣泛搜索，得到了兩個能量最低的異構(gòu)體。這兩種結(jié)構(gòu)的平均原子能相差只有0.0007eV，在計算允許的

4、誤差范圍內(nèi)。這兩種準(zhǔn)二維平面結(jié)構(gòu)，一種B原子框架為平面命名為Planar-sheet，另外一種B原子框架為有起伏的準(zhǔn)平面命名為Buckled-sheet。兩種結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)出金屬性。
　　儲氫性能計算顯示，Buckled-sheet中每個Li原子周圍以分子形式吸附3個H2，平均吸附能為0.19eV，儲氫質(zhì)量密度為15.1wt％。差分電荷密度和Bader電荷分析表明，儲氫作用主要來源于極化作用和軌道雜化作用。計算結(jié)果顯示，該結(jié)構(gòu)有望成為

5、高性能的儲氫材料。
　　(3)預(yù)測了三種MgB2的金屬夾層硼化鋰結(jié)構(gòu)（分別命名為MS-1、MS-2和MS-3)，并對這三種構(gòu)形的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。三種構(gòu)形中的B平面均呈現(xiàn)出規(guī)則的幾何構(gòu)形，一種為已知的β-sheet和一種新的類B2C-sheet。形成能、Bader電荷分析和差分電荷密度均顯示，當(dāng)金屬Li原子位于B平面的六角環(huán)結(jié)構(gòu)的中心頂端位置時，結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。這同六角環(huán)結(jié)構(gòu)的中B原子的電子缺失有關(guān)。基于最穩(wěn)定構(gòu)形(MS-1)，