湖南省自然科学基金(09JJ6079)
- 作品数：9 被引量：39H指数：3
- 相关作者：周惦武刘金水彭平徐少华袁江更多>>
- 相关机构：湖南大学张家界航空工业职业技术学院长沙理工大学更多>>
- 发文基金：湖南省自然科学基金国家重点实验室开放基金长江学者和创新团队发展计划更多>>
- 相关领域：金属学及工艺一般工业技术理学更多>>
- 金属氟化物改善MgH_2体系解氢性能的机制
- 2010年
- 采用基于密度泛函理论的Dmol4.1程序包,通过计算替换Mg、形成Mg空位、体系移走H原子所需能量及电子结构的改变,对金属氟化物改善MgH2体系解氢性能的机制进行探讨。结果发现:形成Mg空位所需能量明显高于Fe、Ti、Zr、V、Ni、Nb、Cr、Cu替代Mg所需能量,与形成Mg空位相比,低温下替代Mg更利于MgH2体系解氢;NiF2、NbF5、ZrF4作为催化剂利于MgH2体系解氢,理论计算的强弱顺序与实验结果一致;NiF2、NbF5、ZrF4金属氟化物改善MgH2体系解氢性能主要在于NiF2中的Ni、NbH中的Nb、ZrH2中的Zr分别替代MgH2中的Mg,加速了化学反应:NiF2+3MgH2=MgF2+Mg2NiH4、2NbF5+5MgH2=5MgF2+2NbH+4H2、ZrF4+2MgH2=2MgF2+ZrH2向右进行,使结构稳定的MgH2发生转变生成了Mg2NiH4、NbH和ZrH2等氢化物。电子态密度的进一步分析结果发现:Ni、Nb、Zr替代MgH2体系中的Mg,使超胞中心原子与其周围第1、2近邻H原子组成的八面体区域,成键的总电子数在费米能级以下按Ni、Ti、Zr的替代顺序增多,表明对应MgH2体系的结构稳定性按Ni、Ti、Zr的替代顺序增强,而解氢按Ni、Ti、Zr的替代顺序在下降,较好解释了NiF2、NbF5、ZrF4利于MgH2体系解氢,理论计算的强弱顺序与实验结果的一致性。
- 周惦武刘金水徐少华陈根余
- 关键词：密度泛函理论
- Al-LiBH_4体系解氢性能的机制研究被引量：3
- 2013年
- 随着燃料电池、燃料电池汽车的快速发展,LiBH4被认为是最具应用前景的储氢材料之一。然而,LiBH4吸放氢温度高以及吸放氢速率相对缓慢限制了其广泛应用。为改善LiBH4吸放氢性能,在LiBH4中添加少量Al,采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算了LiBH4合金化前后体系的氢化物形成热、H原子解离能,体系的晶体与电子结构。氢化物形成热、H原子解离能计算结果发现:Al合金化后体系相结构稳定性变差,体系解氢过程中所吸收的热量减少,H原子解离能减小,体系解氢能力增强。电子态密度(DOS)、电子密度和Mulliken电子占据数的结果表明:LiBH4结构稳定、解氢困难的电子结构原因是B-H之间较强的共价键,Al对LiBH4体系解氢性能增强主要是Al-LiBH4体系Fermi能级附近能隙值发生变化以及Li-BH,B-H间成键作用减弱。理论上揭示Al添加改善LiBH4体系解氢性能的微观机制,为LiBH4实际应用提供理论指导。
- 夏罗生朱树红
- 关键词：电子结构
- LiNH_2-X(X=Mg,Al,Ti,Nb)体系解氢性能的第一原理计算被引量：9
- 2011年
- 采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算了LiNH2-X(X=Mg,Al,Ti,Nb)体系的晶体与电子结构及稳定性能.负合金形成热与H原子解离能的计算发现:合金化元素X在LiNH2中少量置换固溶时,体系结构稳定性发生变化,合金化增强了体系的解氢能力,其中Nb提高LiNH2体系解氢效果最好,理论计算预测合金化提高体系解氢性能与他人结果一致.电子态密度(DOS)与电子密度分析发现:X(X=Mg,Al,Ti,Nb)合金化提高LiNH2解氢能力的主要原因是X导致LiNH2体系Fermi能级附近能隙值发生变化以及Li与NH之间的成键作用减弱.
- 袁江周惦武彭平侯德政
- 关键词：电子结构
- Ta掺杂LiNH_2体系解氢性能的机理
- 2012年
- 采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,计算Ta-LiNH2体系的晶体与电子结构及对解氢性能的影响。负合金形成热与H原子解离能的计算发现:金属元素Ta在LiNH2中少量置换固溶时,体系结构稳定性发生变化,合金化增强了体系的解氢能力。电子态密度(DOS)与电子密度分析发现:Ta合金化提高LiNH2解氢能力的主要原因是合金化元素导致LiNH2体系Fermi能级附近能隙值发生变化以及Li与NH之间的成键作用减弱。
- 袁江周惦武陈益林侯德政
- 关键词：电子结构
- 高容量储氢材料LiBH_4研究进展被引量：6
- 2014年
- 氢能具有清洁、高效及可再生利用的特点,是未来有发展前景的新型能源之一。开发出经济、高效及安全的储存技术是氢能大规模应用的关键,相对于高压气态储氢和液化储氢,通过氢与材料间的相互作用形成固溶体或配位氢化物的固态储氢技术因储氢容量高且安全性好,被认为是最有发展前景的储存方式。配位氢化物中的LiBH4的理论储氢容量高达18.5%(质量分数),远超车载氢源系统重量储氢容量大于5%的要求,是当前高容量储氢材料的典型代表及研究热点,但面临着严重的吸放氢热力学、动力学问题。从改善LiBH4的吸放氢性能出发,分析了储氢技术、储氢材料的研究进展,综述了近年来采取的主要措施,特别是添加适当反应物来形成复合储氢体系,掺杂阴阳离子以改变电负性,添加催化剂,减小晶粒尺寸及采用纳米填充法等几个方面的研究成果和研究进展,重点关注其吸放氢机制、吸放氢容量、吸放氢温度及条件、吸放氢反应热力学及动力学等问题。高容量储氢材料LiBH4是车载氢源系统实用化的关键,在现有基础上研发出吸放氢迅速、吸放氢量大、吸放氢可逆、室温操作的方法及体系,是未来研究的重点。
- 夏罗生朱树红
- 关键词：氢能储氢材料高容量
- MgH_2-Nb体系解氢能力与电子结构的第一原理计算被引量：1
- 2010年
- 采用第一原理赝势平面波方法,构建了一个NbH0.6/MgH2相界模型,研究了Nb合金化对MgH2解氢能力与电子结构的影响.结果显示:NbH0.6/MgH2相界的结构稳定性比MgH2相差,表明Nb合金化利于提高MgH2相的解氢能力;Nb对MgH2相解氢能力增强的主要原因在于Nb-H间电子相互作用比Mg-H间强,有利于促进NbH0.6相形核,并且α-Mg在MgH2-Nb体系的NbH0.6/MgH2相界中形核比在MgH2相中容易.
- 周惦武张健徐少华彭平刘金水
- 关键词：第一原理计算电子结构
- H原子在Mg(0001)表面的吸附与扩散性能研究被引量：1
- 2009年
- 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对H原子在清洁与空位缺陷Mg(0001)表面的吸附与扩散性能进行了研究.吸附能与扩散能垒的计算结果显示:H原子倾向吸附于清洁Mg(0001)表面的fcc与hcp位,其中fcc位的吸附更为有利;H原子在Mg(0001)表面扩散时,所需克服的最高扩散能垒为0.6784eV;表面结构影响H原子从Mg表面向体内扩散,表面到次表面扩散较慢,次表面至体内扩散却较快,表面结构的影响仅局限在Mg表面的顶两层;空位缺陷的存在,一方面增强了Mg(0001)表面对H原子的化学吸附能力,另一方面提供更多通道使H原子更容易实现向Mg体内进行扩散,且扩散至体内的H原子主要占据四面体的间隙位.电子态密度(DOS)的分析结果发现:相对于hcp位而言,H原子吸附于Mg(0001)表面fcc位体系,在费米能级处具有较低的电子密度N(EF)值,且在费米能级以下具有更多的成键电子数;而空位缺陷Mg(0001)表面H原子吸附能力的增强归因于空位的存在改变了Mg表面的电子结构,使表层Mg原子在低能级区的成键电子向费米能级处发生转移,从而提高了Mg表面的活性.
- 张健周惦武刘金水
- 关键词：扩散吸附能能垒
- Mg、Nb掺杂LiNH_2体系解氢性能的机理研究被引量：1
- 2011年
- 采用基于密度泛函理论"总体能量赝势平面波方法"的CASTEP总能计算软件包,通过LiNH2晶胞将Li置换成Mg和Nb及其移走H所需能量及几何、电子结构、负合金形成热的计算,发现添加Mg和Nb使LiNH2体系负合金形成热减少,表明体系相结构稳定性变差,预示着解氢能力得到改善。通过电子态密度(DOS)与电子密度的进一步分析发现,添加Mg和Nb提高LiNH2解氢能力的主要原因在于Mg和Nb与其周围的H相互作用不明显,而使NH之间的成键作用减弱,从而提高了LiNH2体系的解氢能力。
- 袁江周惦武陈益林侯德政
- 关键词：NB电子结构
- Mg-Al-Ca合金系金属间化合物的力学性质与热力学性能第一原理计算被引量：19
- 2011年
- 采用基于密度泛函理论Castep和Dmol程序软件包,计算了Mg-Al-Ca合金系金属间化合物的力学性质与热力学性能。结果显示：DI3型结构Al4Ca为延性相,C15型结构Al2Ca与C14型结构Mg2Ca为脆性相,C15型结构Al2Ca塑性最差;采用弹性常数计算结果预测的Al2Ca熔点与实验值很接近,误差仅为4.06%;而不同温度下热力学性能的计算结果表明,在298.15~425K温度范围内,Al2Ca的Gibbs自由能最小,对应其相结构的热稳定性最好;而Al4Ca次之,Mg2Ca最差;随着温度的升高,Mg2Ca的Gibbs自由能下降最快,对应结构的热稳定性增强也最快;在525K以上时,Mg2Ca的结构热稳定性最好,其次是Al2Ca,而Al4Ca最差。
- 周惦武徐少华张福全彭平刘金水
- 关键词：金属间化合物热力学性能
