H2分子在Li3N表面吸附的第一性原理研究.pdf

1、本文對(duì) H2分子在Li3N表面吸附的第一性原理進(jìn)行了研究。本研究分為四個(gè)部分：
　　 第一章，Li3N可以大量可逆吸放氫，其吸放氫反應(yīng)分兩步進(jìn)行，即 Li3N+2H2(?)Li2NH+LiH+H2(?)LiNH2+2LiH Li3N的表面狀態(tài)對(duì)氫化反應(yīng)影響甚大，特別是吸氫過程的初始時(shí)期，因此采用第一性原理方法研究了H2分子在Li3N(110)，Li3N(100)和Li2NH(110)晶面的表面吸附情況。
　　 第二章，通

2、過研究H2/Li3N(110)體系的吸附位置、吸附能和電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)H2分子吸附在N橋位要比吸附在其它位置穩(wěn)定，此時(shí)在Li3N(110)面形成兩個(gè)-NH基，其吸附能為1.909eV，屬于強(qiáng)化學(xué)吸附；H2與Li3N(110)面的相互作用主要是H1s軌道與N2s，2p軌道重疊雜化，N與H之間形成共價(jià)鍵；N橋位吸附時(shí)H2分子的離解能壘為1.63eV，表明在一定熱激活條件下H2分子在Li3N(110)表面會(huì)發(fā)生離解吸附。N頂位吸附時(shí)，優(yōu)化結(jié)束后

3、形成-NH2基，但吸附能為負(fù)值，即該吸附方式不穩(wěn)定，可見Li3N(110)面與H2反應(yīng)不易直接生成LiNH2。
　　 第三章，通過研究Li3N(100)/H2體系的吸附位置、吸附能和電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)H2分子在Li3N(100)晶面主要是化學(xué)吸附，但也可以發(fā)生物理吸附。在表面終止原子為Li和N的Li3N(100)表面，吸附的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中H2分子被解離，最終H原子分別趨于兩個(gè)N原子的頂位，形成兩個(gè)-NH基，吸附能為5.157eV，屬于

4、強(qiáng)化學(xué)吸附；此時(shí)H2分子與Li3N(100)表面的相互作用主要源于H1s軌道與Li3N表層N原子的2s，2p軌道重疊雜化的貢獻(xiàn)，且N-H鍵為共價(jià)鍵。在表面終止原子為Li的Li3N(100)表面，吸附的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中H2分子也被解離，H原子趨于穴位，吸附能為2.464eV，也屬于強(qiáng)化學(xué)吸附；此時(shí)Li和H之間為較強(qiáng)的離子鍵相互作用。
　　 第四章，通過研究Li2NH(110)/H2體系的吸附位置、吸附能和電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)H2分子吸附在L

5、i長橋位時(shí)會(huì)發(fā)生解離，在Li2NH(110)面形成了-NH2基，其吸附能為1.178eV，屬于強(qiáng)化學(xué)吸附，此時(shí)吸附最穩(wěn)定。此時(shí)，-NH2基中的H原子與Li2NH表面的相互作用主要源于H1s軌道與Li2NH表層N原子的2s，2p軌道重疊雜化的貢獻(xiàn)，且N-H鍵為共價(jià)鍵；另一個(gè)H原子與Li2NH表面的相互作用主要是與Li之間的離子鍵作用。H2分子的解離能壘為1.31eV，表明在一定熱激活條件下H2分子在Li2NH(110)表面會(huì)發(fā)生解離吸附。