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三元碱金属氢化物高压相变的第一性原理研究

作　者: 朱春野
导　师: 刘艳辉
学　校: 延边大学
专　业: 光学
关键词: 储氢材料第一性原理高压相变
分类号: O521.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
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内容摘要

三元碱金属氢化物由于其含氢的质量密度较高,受到国内外科研工作者的广泛关注。其中,NaBH4既可用于热解制氢,也可用于水解制氢；NaAlH4中加入杂质以后可以有效降低分解温度。因此,这两种化合物更适合作为储氢材料。近年来的研究表明,高压下NaBH4和NaAlH4会发生相变从而产生新结构,进而会产生新的物理性质,对储氢材料的开发与应用有着重要的意义。近年来,对于NaBH4和NaAlH4高压下的结构和物理性质已有大量的理论和实验研究,但对其高压相变的物理机制却少有报道。因此,我们利用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对三元碱金属氢化物中的NaBH4和NaAlH4进行了系统的研究。通过对高压结构的电子性质以及晶格动力学性质研究,以期望深入理解NaBH4和NaAlH4高压相变的物理机制；通过对密立根布居分析的研究,揭示出原子间的电荷转移和成键行为,进而探索三元碱金属氢化物的高压储氢性能。计算结果如下：(1)研究了NaBH4的高压行为,预测了高压相变发生在压强10.91 GPa,相变时伴随体积的不连续变化,为一级相变。能带计算表明,NaBH4高压结构为宽带隙的绝缘体；声子谱的计算结果显示,相变时晶体结构的声子谱稳定,因此相变与声子软化无关。密立根布居分析表明,B和H原子形成较强的共价键,Na+和[BH4]-单元之间存在离子相互作用,高压四方结构具有更低的活化能,更容易分解。(2)研究了NaAlH4的高压行为,预测了高压相变发生在压强15.9 GPa,相变时伴随体积坍塌,为一级相变。声子谱的计算表明,高压相变与声子软化无关。电子结构的计算表明,Al和H原子形成较强的共价键,Na+和[AlH4]-单元之间存在离子相互作用。密立根布局分析表明,高压的单斜结构有较低的活化能,更适合作为储氢材料。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-14
第一章引言  14-19
  1.1 储氢材料  14-15
  1.2 高压科学与技术  15-16
  1.3 三元碱金属氢化物NaBH_4研究进展  16-17
  1.4 三元碱金属氢化物NaAlH_4研究进展  17
  1.5 本论文的出发点和意义  17-19
第二章理论基础  19-35
  2.1 密度泛函理论  19-23
  2.2 局域密度近似和广义梯度近似  23-24
  2.3 赝势  24-26
  2.4 布洛赫定理  26-28
  2.5 动力学方程  28-30
  2.6 线性响应理论  30-35
第三章计算结果与讨论  35-44
  3.1 NaBH_4高压相变的研究  35-40
    3.1.1 NaBH_4高压下电子结构  37-38
    3.1.2 NaBH_4的密立根布居分析与声子谱  38-40
  3.2 NaAlH_4高压相变的研究  40-44
    3.2.1 NaAlH_4高压下电子结构  41-42
    3.2.2 NaAlH_4的密立根布居分析与声子谱  42-44
第四章结论  44-45
参考文献  45-49
致谢  49-50
攻读硕士期间发表论文  50-51

三元碱金属氢化物高压相变的第一性原理研究

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