轻质储氢材料的理论模拟研究进展

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1、轻质储氢材料的理论模拟研究进展／叶小球等·１１９·轻质储氢材料的理论模拟研究进展＊叶小球１，齐洪柱２，罗德礼１，２，郑振华２，桑革１，２（１表面物理与化学重点实验室，绵阳６２１９０７；２中国工程物理研究院，绵阳６２１９００）摘要综述了近期有关轻质储氢材料（以轻元素为基础组成的储氢材料）的理论模拟进展情况，包括对于这类材料的晶体结构预测、掺杂改性机理研究以及复合储氢体系的化学反应过程研究等。指出轻质储氢材料代表了一大类已开发的和尚未开发的储氢体系，通过基于第一性原理的理论计算可以快速地筛选出具有合适热

2、力学性质的高容量储氢反应；认为新近发展的晶体结构预测方法将在新型轻质储氢材料的理论设计上发挥重要作用。关键词轻质储氢材料第一性原理计算结构预测ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＴｈｅｏｒｙＳｔｕｄｙｆｏｒＨｙｄｒｏｇｅｎＳｔｏｒａｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏｍｐｏｓｅｄｏｆＬｉｇｈｔＥｌｅｍｅｎｔｓ１，ＱＩＨｏｎｇｚｈｕ２，ＬＵＯＤｅｌｉ１，２，ＺＨＥＮＧＺｈｅｎｈｕａ２，ＳＡＮＧＧｅ１，２ＹＥＸｉａｏｑｉｕ（１ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＳｕｒｆａｃｅＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬ

3、ａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９０７；２ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００）ＡｂｓｔｒａｃｔＲｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎｔｈｅｏｒｙｓｔｕｄｙｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｌｉｇｈｔｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｓｕｃｈａｓｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｈｙｄｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｐｅｒｆｏｒｍ

4、ａｎｃｅｂｙｄｏｐｉｎｇｃａｔａ－ｌｙｓｔｓａｎｄｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｓ．Ｈｙｄｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｌｉｇｈｔｅｌｅｍｅｎｔｓｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｎｕｍｂｅｒｏｆｐｏｔｅｎｔｉａｌｈｙｄｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｓ．Ｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｓｙｓ－ｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｃｒｅｅｎｔｈｅｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈｙｄｒｏ

5、ｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｓｔｏｆｉｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｈｉｇｈｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｆａｖｏｒａｂｌｅｔｈｅｒｍｏ－ｄｙｎａｍｉｃｓｆｏｒｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｓｔｏｒａｇｅｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎ．Ｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｃａｎｐｌａｙａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｈｙｄｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｌｉｇｈｔｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｈ

6、ｙｄｒｏｇｅｎｓｔｏｒａｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｌｉｇｈｔｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ，ｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ理论模拟研究的进展情况。０引言１热力学计算随着社会和经济的发展，人们对储氢容量的要求不断提高，传统储氢合金如稀土系、钛系、锆系等已不能满足车载储储氢材料在１０１．３２５ＭＰａ的放氢温度可通过Ｖａｎ′ｔＨｏｆｆ氢的要求［１］。近年来，各研究机构开发的一系列新型轻质储关系式估算得到［１２］：ΔＨθθ。

7、如果认为放氢反应的熵＝ＴΔＳ氢材料（以轻金属元素为基础组成的储氢材料）以较高的质值ΔＳθ在９５～１４０Ｊ·Ｋ－１·ｍｏｌ－１（以Ｈ计，下同）范围内变２量储氢密度赢得了众多研究者青睐［２，３］，但是这些材料仍存化，那么当放氢温度在５０～１５０℃之间时，要求的焓变ΔＨθ在许多有待解决的问题，诸如吸放氢动力学性能差、吸放氢在３０～６０ｋＪ·ｍｏｌ－１范围内。焓变越高，在相同压力下反应温度高、材料制备困难等，另外还有很多储氢机理性问题仍的放氢温度越高；焓变越低，反应的放氢温度越低，但是如果然存在较多争议，如

8、对吸放氢性能改善的机理、化学反应过焓变显著低于３０ｋＪ·ｍｏｌ－１，则材料的放氢反应将不容易可逆发生［１２］。因此，如何准确获得材料在吸放氢过程中的热力程、分子或者晶体的结构等。对于材料的此类微观机理性问题，第一性原理研究方法具有原子分子层次的深入分析和准学数据对于储氢材料性质的预测至关重要。［２，４－９］［１３］系统考察了Ｂｏｒｎ－Ｈａｂｅｒ循环、Ｍｉｅｄｅｍａ确度高的优势，因而有大量理论研究工作相继报道，其Ａｎｄｒｅａｓｅｎ等中有许多非常有指导意义的成果。模型、有