b、cu元素取代对mg2ni型储氢合金结构和性质影响理论的研究

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1、学位论文原创性声明本人所提交的学位论文《B、Cu元素取代对M92Ni型储氢合金结构和性质影响的理论研究》，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者。签孙出洋和指导溯确认。签名，互妻韶乏少、1年6月，Et2一off年(月／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解河北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权

2、河北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在——年解密后适用本授权书)论文⋯㈣割墓和指剥吣孙鱼争鸸1户l／年<月／同。。≥pt1年6月1日11摘要IIIIIIIIIIrPIrlllJ＼1868929氢，在宇宙中含量丰富，可以再生，燃烧后的生成物只有水，是一种理想的绿色无污染的二次能源。2l世纪也被称为氢能源的时代，对氢能源的开发和利用成为了非常重要的课题。但是，氢气在常温下易泄漏，易爆炸，难于储存和运输，因此对于储氢材料的开发便成为科研工作者关注的焦点和研究的

3、热点。本文以A2B型镁基储氢材料M92Ni为研究对象，采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势(PWP)方法。研究了M92Ni及其低温相氢化物的晶体结构、电子密度分布、态密度分布和氢化过程的焓变。并且分别研究了使用B、Cu原子分别取代合金中的Mg、Ni原子对合金改性的方法，讨论了取代前后储氢合金及其氢化物在晶体结构、电子密度分布、态密度分布和氢化过程的焓变等性质上的变化，并以此为依据来评价“取代法’’对合金改性的效果。本论文的研究内容主要分为以下四个部分。第一部分，对M92Ni及其氢化物的晶体结构、电子密度分布、态密度分布和氢化过程的焓变等性

4、质的理论研究。发现在M92Ni中沿着晶胞a轴方向Ni．Ni的相互作用最强，在氢化物中H原子与Ni原子的相互作用很强，导致氢化物脱氢困难，和Jasen的计算结果一致。并计算了M92Ni合金氢化反应生成低温相氢化物的反应焓变为．51．2781kJ／mol(H2)，吸氢过程的焓变较高也是导致氢化物稳定性高的原因。第二和第三部分，分别研究了使用电负性较大的B和使用电负性较小的Cu原子对M92Ni合金的取代改性，并讨论了取代前后储氢合金及其氢化物在晶体结构、电子密度分布、态密度分布和氢化过程的焓变等性质上的变化。使用B原子取代Mg原子后，B原子和Ni原子之间的

5、相互作用较强，导致氢化物中的Ni．H间的相互作用被削弱。由于B原子的电负性较大，使Ni原子外层电子偏移，减弱了Ni原子和H之间的相互作用，导致合金储氢容量降低。并且吸放氢过程的能量变化明显改善，使氢化过程的平衡氢压升高，稳定性降低。使用Cu原子取代Ni原子后，Cu的电负性比Ni小，Cu对H的吸附能力较Ni对H的吸附能力差，H．Cu原子间相互作用力较原来H．Ni原子间作用相比有所减弱，导致Cu．M92NiI-14体系变得不稳定，降低脱氢温度，对放氢比较有利。从理论上阐明了对M92Ni合金取代改性的可行性。第四部分，研究了B取代Mg，同时Cu取代Ni得到

6、的合金的晶体结构、电子密度分布、态密度等性质。双取代以后晶胞体积改变大小适中，也既能增大贮氢能力并且比Cu—M92Ni晶胞不容易粉化，并且晶胞整体的稳定性有所降低了，双取代优于单取代。III本论文的创新之处：1．对储氢合金M92Ni及其低温相氢化物LT-M92NiH4的晶体结构、电子结构以及能量进行理论计算，发现H、Ni原子间发生了较强的相互作用，从理论上解释了低温相氢化物脱氢困难的原因。2．通过理论计算，说明了使用B或Cu原子对M92Ni晶体中的Mg、Ni原子进行替代后生成的新合金的晶体结构的变化，以及电子结构的变化，并说明了取代后生成的新型合金的

7、特性。3．研究了新型合金B．M＆Ni和Cu-MgaNi的各类型氢化物的晶体结构和电子结构以及各氢化反应的能量变化。从理论上阐明了使用B、Cu原子对M92Ni储氢合金的取代改性的可行性。4．B．Cu双取代即BlMgIlNisCul，与单取代相比较，晶胞的变形性较小，可以改善多次吸放氢循环导致的合金粉末化，提高合金循环稳定性。关键词：镁基储氢材料M92Ni合金密度泛函理论取代法晶体结构电子结构IVAbstractThehydrogenisagreenidealsecondaryenergyresources，whichcombustionproducts

8、isjustwater．So21stcenturyiscalledthetimesofhydrogenres