尚明辉1韦世豪12诸跃进1 - 第22卷第4 期

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1、第22卷第4期宁波大学学报（理工版）Vol.22No.42009年12月JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)Dec.2009文章编号:1001-5132（2009）04-0539-06x小体系[Tin-mH2](x=－1,0,+1)的几何结构和电子性质11,21*尚明辉,韦世豪,诸跃进（1.宁波大学理学院,浙江宁波315211;2.复旦大学物理系,上海200433）x摘要:利用基于广义梯度近似的密度泛函理论,计算了小体系的[Tin–mH2](n=2~7;m=0~22;x=

2、－1,0,+1）团簇.通过分析各原子的密立根占据数(AtomicMullikenOccupation,AMO),发现当Tin-mH2团簇带电后,团簇中电荷将重新分配,从而导致了团簇中Ti—Ti和Ti—H化学键键长发生了明显的变化,并且团簇的几何结构发生了一定的畸变.同时发现团簇Tin-mH2具有较大的电离能和电子亲和能,因此这些团簇有很强的稳定性.关键词:团簇;广义梯度近似;密度泛函理论;密立根占据数中图分类号:O469文献标识码:A氢是自然界储量最丰富的元素,自然界中绝以显著提高这种材料储氢的可

3、循环利用性.Zhao[8]大多数的氢与氧结合以水的形式存在,或者以碳等人提出了一种新的储氢理念:在富勒烯中添加氢化合物形式存在.目前,最常见的也是最容易实过渡金属作为储氢材料,并预言Ti的掺入可以使现的储氢方式是常温或低温下的压缩气体、常压或储氢材料的可循环利用性得到明显的改善.与此[9]高压下的低温液氢和固体储存.但是这种储氢方同时,Yildirim等报道了结合在单壁碳纳米管式的危险性较大,且由于该方式储氢的质量密度(SWNT)上的Ti原子可以吸附多达4个氢分子.[10]比和体积密度均比较小,会

4、导致储氢占用的空间Liang等发现Ti,V,Fe,Ni或者Mn等金属作相对较多,阻碍氢能的利用.近些年来,为了寻找为催化剂或者杂质被掺入MgH2之后,这种储氢材经济、安全、有效的储氢方式,科学家们开展了大料吸附氢和释放氢的速度被明显提高,尤其是在[11]量的研究.纳米结构材料因其在储氢方面具有较掺入了Ti或者V之后的效果更显著.Anton则发高的质量密度比和体积密度比引起了越来越多人现了在储氢材料NaAlH4中通过球磨的方式掺入[1-5][6-7]2+3+4+的关注.如Lee等人利用第一性原理计算

5、研Ti,Ti和Ti离子可以使其更多地释放其中的氢.究了Ti掺杂的聚乙炔在高聚物中具有最高的储氢此外,有研究发现把单壁碳纳米管、多壁碳纳米管质量密度比和体积密度比,并且发现Ti的掺入可(MWNT)、活性炭(AC)、C60或者石墨(G)掺入已有收稿日期:2009-04-09.宁波大学学报（理工版）网址:http://3xb.nbu.edu.cn基金项目:国家自然科学基金（10774079,10804058）;浙江省自然科学基金（7080401,607546）.第一作者:尚明辉（1983－）,男,河南开

6、封人,在读硕士研究生,主要研究方向:纳米材料.E-mail:smh2875@163.com*通讯作者:诸跃进（1958－）,男,浙江临安人,博士/教授,主要研究方向:凝聚态物理、纳米材料.E-mail:zhuyuejin@nbu.edu.cn540宁波大学学报（理工版）2009Ti掺杂的NaAlH4,结果显示这几种碳结构材料都图.能量本征值函数的表达式可以写作一个δ函数具有显著而持久的催化作用,其中SWNT的催化之和:效果最明显,而G的催化效果在所研究的几种碳Ddi()EE=−∑iδ(E).(1)

7、结构材料中最弱.但是在没有Ti的情况下这几种为了更好地与实验结果相结合,我们用洛伦[12]碳结构材料都没有表现出催化作用.兹函数对DOS进行了展宽.对于每个能级,洛仑以上研究中Ti作为杂质或者催化剂很显著地兹展宽如下:N22改进了储氢材料的储氢性能,但是时至今日,Ti催DELi()=−∑iα/((EE)+σ).(2)化作用机理仍没有被研究清楚.参数σ大小影响展开波函数半峰的宽度.σ[13]已有实验结果表明,Ti7,Ti13,Ti15,Ti19具有值可以任意选择,以给出与实验最好的拟合.很强的稳定性

8、,这些稳定性超强的团簇被称为幻数团簇,理论研究方面也发现了这些团簇的超强2计算结果与讨论[14-16][17-18]稳定性.另外,有实验结果表明:小尺度Ti团簇对改善储氢材料(复合金属氢化合物)的储氢首先,我们对基态和亚稳态的Tin-mH2团簇的x性能具有重要作用.紧接着就有了关于Tin-H2(n=带电结构,即[Tin-mH2](n=2~7;m=0~22;x=－1,[19-21]2~15),Ti4-mH2,Ti7-mH2和Ti13-mH2的研究.有+1)进行了结构优化,优化后基态结