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储氢材料Mg_2Ni及其氢化物的第一性原理研究

作　者: 刘春华
导　师: 嵇英华
学　校: 江西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 储氢材料第一性原理计算 Mg2NiH4 电子结构
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 51次
引　用: 1次
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内容摘要

基于密度泛函理论,本文采用第一性原理投影缀加平面波方法结合广义梯度近似方法主要研究了以下三个方面的问题:一、对储氢材料Mg₂Ni的体态原子结构与电子结构进行了理论研究。给出了其晶体结构、态密度、电荷密度分布及能量对比等,此项工作一方面是为了获得Mg₂Ni的理论晶格常数和有关的电子结构,以便我们对其有更好的了解,另一方面通过与其他的理论和试验方法做比较,从而说明我们使用的PAW+（GGA+U）方法的合理性。结果证实本论文的计算结果和其他理论、实验结果均符合的很好。二、利用第一性原理电子能带结构计算,从理论上对Mg₂Ni低温氢化物和高温氢化物化学稳定性进行了分析。结果发现:在Mg₂Ni中,Mg与Ni存在较强的相互作用。H原子的加入使得Mg的价电子向Ni的3d轨道转移,并在Ni-3d轨道和Ni-4p轨道间形成了带隙。Ni-4s和H-1s电子之间的成键作用,使得Mg和Ni间相互作用减弱了。这就在理论上说明了Mg₂Ni是相当有效的H原子脱嵌材料。三、利用基于密度泛函理论的的第一性原理对体系Mg₂NiH₄的两种相态LT-Mg₂NiH₄和HT-Mg₂NiH₄的H原子模拟脱离研究。结果表明:从LT-Mg₂NiH₄中去掉一个H原子比HT-Mg₂NiH₄中去掉一个H原子需要更多的能量,表明高温相有利于脱氢反应,而低温相更适合储氢反应。

全文目录

摘要  3-4
英文摘要  4-7
第一章绪论  7-26
  1.1 引言  7-9
  1.2 储氢材料的发展历史及其工作原理  9-11
    1.2.1 储氢材料的发展历史  9-10
    1.2.2 储氢材料的工作原理  10-11
  1.3 储氢材料及其分类  11-18
    1.3.1 概述  11-12
    1.3.2 化学吸附材料  12-15
    1.3.3 物理吸附材料  15-18
  1.4 镁基储氢材料研究概况  18-22
    1.4.1 镁基储氢材料体系  18-21
    1.4.2 镁基储氢材料的制备方法  21-22
  1.5 本论文的工作  22-24
  参考文献  24-26
第二章第一性原理计算方法概述  26-38
  2.1 Hartree-Fock 方法  26-29
    2.1.1 绝热近似  27
    2.1.2 Hartree-Fock 近似  27-29
  2.2 密度泛函理论  29-32
    2.2.1 Hohenberg-Kohn 定理  29
    2.2.2 Kohn-Sham 方程  29-30
    2.2.3 局域密度近似和广义梯度近似  30-32
  2.3 赝势平面波方法  32
  2.4 能带电子的平面波基底展开  32-33
  2.5 自洽计算  33-35
  2.6 结构优化  35
  2.7 VASP 软件包的简单介绍  35-36
  参考文献  36-38
第三章 Mg_2Ni 的第一性原理研究  38-50
  3.1 引言  38-39
  3.2 理论计算方法和计算模型  39-41
  3.3 电子结构分析  41-45
    3.3.1 态密度分析  41-44
    3.3.2 LT/HT-Mg_2NiH4的相对稳定性以及对储氢性能的影响  44-45
  3.4 Mg_2Ni 体系储氢合金的改进研究  45-47
    3.4.1 Mg_2Ni 储氢所遇到的问题  45
    3.4.2 Mg_2Ni 系合金元素取代  45-47
  3.5 本章总结  47-48
  参考文献  48-50
第四章结论与展望  50-52
致谢  52-53
硕士期间论文发表情况  53

储氢材料Mg_2Ni及其氢化物的第一性原理研究

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