ARH4儲氫材料和BeO相變的計算機模擬.pdf

1、氫能是一種清潔的未來能源，而氫能應(yīng)用的關(guān)鍵是氫的儲存。最近幾年來，一些新型的儲氫材料不斷出現(xiàn)。固體儲氫材料ARH4(A=Li,Na,K;R=B,Al,Ga)型堿金屬復(fù)合氫化物，由于具有較高的儲氫容量和較好的可逆性，已經(jīng)在理論和實驗方面得到了廣泛的研究。但是，目前關(guān)于ARH4材料的儲氫性能和相變行為的研究，在理論和實驗上都存在一定的分歧，因此有必要對ARH4材料的幾何結(jié)構(gòu)、電子性能和高壓誘導(dǎo)相變進(jìn)行進(jìn)一步的研究。另一方面，在常溫常壓下Be

2、O是僅有的以六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)存在的堿土氧化物，它具有很好的機械性能和熱性質(zhì)。因此，對于BeO的結(jié)構(gòu)相變研究將有利于實際的應(yīng)用。
　　近年來，隨著計算機與計算技術(shù)的迅速發(fā)展，基于密度泛函理論的從頭算方法和從頭算分子動力學(xué)方法也逐漸發(fā)展起來。本文主要采用這兩種方法，研究了ARH4型堿金屬復(fù)合氫化物和BeO的幾何和電子結(jié)構(gòu)特征以及高壓誘導(dǎo)相變。
　　本文主要研究內(nèi)容如下：
　　1)采用從頭算方法研究了ABH4(A=Li,Na,

3、K)儲氫材料的幾何結(jié)構(gòu)和電子性能及部分相變特征。預(yù)測結(jié)果表明，α-LiBH4在高壓下并沒有相變?yōu)榱骄到Y(jié)構(gòu)，而是大約在3 GPa，相變成了四方晶系結(jié)構(gòu)的β-LiBH4（空間群為P421c）。態(tài)密度分析發(fā)現(xiàn)，ABH4(A=Li,Na,K)系列的化合物都表現(xiàn)出絕緣體的特征，其禁帶寬度分別為6.87，6.74和6.47 eV。
　　2)采用從頭算方法研究了AAlH4(A=Li,Na,K)儲氫材料的幾何結(jié)構(gòu)和電子性能及部分相變特征。通過

4、焓的計算發(fā)現(xiàn)，大約在6 GPa，NaAlH4發(fā)生了α→β的結(jié)構(gòu)相變，這種結(jié)果驗證了實驗中所觀察到的體積收縮現(xiàn)象。態(tài)密度分析發(fā)現(xiàn)，這些化合物都表現(xiàn)出非金屬的特征，且禁帶寬度分別為4.8，4.7和5.15 eV。
　　3)采用從頭算方法研究了AGaH4(A=Li,Na,K)儲氫材料的幾何結(jié)構(gòu)電子性能特征，比較了ARH4(A=Li,Na,K;R=B,Al,Ga)中的R-H距離。結(jié)果表明B-H距離最短，鍵最強，而KAlH4中的Al-H距離

5、最大，因而鍵最弱。這一結(jié)果解釋了為什么硼氫化物的分解反應(yīng)溫度很高，而KAlH4在不需要任何催化劑的幫助下，就可以較快地進(jìn)行可逆分解反應(yīng)。態(tài)密度分析發(fā)現(xiàn)，這些化合物都表現(xiàn)出非金屬的特征，且禁帶寬度分別為4.87，4.85和5 eV。
　　4)采用從頭算分子動力學(xué)方法研究了BeO的高壓誘導(dǎo)相變。焓預(yù)測結(jié)果表明，WZ→RS和ZB→RS的結(jié)構(gòu)相變分別發(fā)生在大約70 GPa和64 GPa。從頭算分子動力學(xué)模擬表明，WZ→RS的結(jié)構(gòu)相變發(fā)生在