鈧、釔、鉺金屬中氫、氦行為的密度泛函理論研究.pdf

1、稀土金屬作為一種高效的、方便的儲氫材料，能夠吸收大量的氫及其同位素，形成相應(yīng)的金屬氫化物、氘化物和氚化物。在稀土金屬中，hcp結(jié)構(gòu)的Sc、Y、Er金屬由于具有較強(qiáng)的儲氫能力和不同的電子結(jié)構(gòu)引起人們廣泛的研究興趣。目前人們對H和He在Er中的行為研究較多，在Sc、Y中的行為研究較少，而對H和 He在 Sc、Y、Er中的行為深入、系統(tǒng)的研究則更少。因此為了進(jìn)一步了解 H和He在hcp結(jié)構(gòu)Sc、Y、Er中的行為，有必要對H和He在Sc、Y、E

2、r中的行為進(jìn)行系統(tǒng)、對比的研究。
　　由于計算機(jī)計算能力的提高，居于密度泛函理論的從頭算方法逐漸成為計算機(jī)材料模擬方面的一種重要研究手段。本文采用從頭算方法對H和He原子在Sc、Y、Er金屬及其β相氫化物中的行為進(jìn)行研究。
　　本文的研究包括以下四個方面：
　　(1)采用從頭算方法研究H原子點缺陷在hcp結(jié)構(gòu)金屬Sc、Y、Er中的行為。結(jié)果表明H原子點缺陷在Sc、Y、Er金屬中位置占據(jù)的順序為：四面體間隙、八面體間隙、

3、替位。態(tài)密度分析表明間隙 H原子和近鄰金屬原子之間的雜化和強(qiáng)烈的成鍵作用是間隙H原子點缺陷具有負(fù)形成能的原因。
　　(2)采用從頭算方法研究He原子點缺陷在hcp結(jié)構(gòu)金屬Sc、Y、Er中的行為。結(jié)果表明He原子點缺陷在Sc、Y、Er金屬中位置占據(jù)的順序依次為：替位、四面體間隙、八面體間隙。He原子點缺陷在hcp金屬中先占據(jù)替位，后占據(jù)間隙位置，這與 He原子點缺陷在 fcc和 bcc金屬中情況相似；對間隙位置而言，He原子在hcp

4、金屬中先占據(jù)四面體間隙，后占據(jù)八面體間隙，這與He原子在大部分bcc金屬中情況相同，與He原子點缺陷在大部分fcc金屬中的情況有差異。因此He原子點缺陷在金屬中的位置占據(jù)可能和金屬的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
　　(3)采用CI-NEB方法研究了H原子在β相Sc、Y、Er氫化物中的三種不同的遷移機(jī)制。結(jié)果表明在相同的氫原子與金屬原子個數(shù)之比H/M(M=Sc、Y、Er)下， H原子在Sc、Y、Er氫化物中的遷移機(jī)制是相同的，但遷移能壘大小不同，并且

5、遷移能壘隨著 Sc、Y、Er氫化物中金屬原子的原子序數(shù)的增加而增大。此外我們還發(fā)現(xiàn)一對八面體間隙氫(Hoct)和四面體間隙空位(Vtet)(即Hoct/Vtet對)的形成能和MH2(M=Sc、Y、Er)中的金屬基本沒有關(guān)系，只和Sc、Y、Er氫化物的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。
　　(4)采用CI-NEB方法研究了He原子在β相Sc、Y、Er氫化物中的三種不同的遷移機(jī)制。結(jié)果表明He原子在Sc、Y、Er氫化物中遷移機(jī)制不完全相同。He在Sc氫化