【摘 要】
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本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理及分子动力学(MD)方法,解析了锂代氨硼烷 LiNH2BH3(LAB)的稳定结构,通过理论计算探讨了 LAB较氨硼烷NH3BH3(AB)放氢性能改善的原因。采用原子
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本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理及分子动力学(MD)方法,解析了锂代氨硼烷 LiNH2BH3(LAB)的稳定结构,通过理论计算探讨了 LAB较氨硼烷NH3BH3(AB)放氢性能改善的原因。采用原子轨道线性组合(LCAO)方法,研究外加电场对单层 AlN薄片储氢性能的影响。无外加电场时,AlN薄片吸氢最稳定的位置为N原子顶位。吸附在Al原子顶位的H2分子只需克服很小的能垒就可以扩散到N原子的顶位。外加电场后,H2分子可同时双层吸附在AlN薄片的上下表面。通过对加电场前后氢气的吸附能、键长、系统的态密度等方面的研究,进一步论证了电场能够改善H2分子在AlN薄片表面的吸附稳定性及可逆性。 论文的主要研究结果如下: (1)同AB相比,LAB晶体当中N与B原子交互作用的增强、LAB的能隙变小、与N和B作用的H原子的能级向费米能级处的明显移动,均导致了氢在LAB中稳定性的降低,使得LAB的放氢性能有了一定的改善。 (2)在无外加电场作用下,AlN薄片吸附氢气的最稳定位置为N原子顶位,而次稳定位置为Al原子顶位。H2分子能够轻易地克服微小的能垒从Al原子位置扩散至N原子位置。 (3)电场诱导的极化作用导致AlN薄片表面双层氢气分子吸附的成功实现。研究发现,在垂直于AlN薄片向下的电场作用下,最稳定的吸附构型为上层氢气分子吸附在N原子顶位,下层氢气分子同时吸附在Al原子底位。 (4)在一定的范围内,随着外加电场强度的增加,N-H和Al-H键长逐渐减小,而H-H键长逐渐增大;H2分子的吸附能也随电场强度逐渐增大;态密度对比分析发现在电场作用下N与H之间的交互作用明显较无外加电场时增强。表明在外电场的作用下AlN薄片的储氢稳定性的明显提高。 (5)通过调控电场强度的大小,可实现氢气分子在AlN薄片表面的可逆吸附。
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