La3MgNi14电子结构及(110)面吸氢的第一性的理研究

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新型La-Mg-Ni系储氢合金具有优异的储氢特性,较高的放电容量使其成为改善负极充放电容量材料的希望,本课题对La-Mg-Ni系储氢合金的一个主要相La3MgNi14进行了系统的研究,为更好的改善La-Mg-Ni系储氢合金的储氢特性、对其储氢进行微观机理的研究提供了帮助。本课题利用基于第一性原理平面波赝势的计算法的CASTEP软件模块,从电子结构的研究入手,首先根据La占据4f位置的不同,建立了不同的结构模型,对各个结构模型进行结构的优化,并对优化后的模型计算了能量以及生产热,从而得到了体系的最稳定结构。后对稳定结构的性质如能带结构、态密度和布居分析等加以研究,探讨Ce2Ni7型La3MgNi14储氢合金的微观电子结构,结果表明:Ce2Ni7型La3MgNi14的结构更趋向于形成La分散的S1结构;对体系的能带结构和态密度研究表明,体系具有典型的金属性,在结合中以金属键为主;体系在费米能级附近的能态主要由Ni的3d轨道贡献。La原子的贡献主要在-16eV的5p轨道及-32eV的6s轨道。体系的最低能态位于费米面以下-42eV,由Mg原子的2p轨道提供;布居分析为原子间的成键提供了一个客观判据。由键布居及原子布居分析表明,La3MgNi14中Ni-La键为离子键,Mg-Ni以共价键为主兼有离子键,Ni-Ni键为共价键。四种结构中Ni-Ni键均为共价键,Ni-La键均为离子键。当结构为中心对称结构(S2、C2结构)时Mg-Ni键既有共价键也有离子键,由于离子键的存在使结构的稳定性降低。当结构为轴对称结构(S1、C1结构)时Mg-Ni键只有共价键存在,从而使结构的稳定性高于中心对称结构,且S1结构的共价键平均键长2.6767小于C1结构的2.6934,从而使S1结构更加的稳定。研究氢在金属表面的吸附过程能够为研究氢在金属表面吸附机理提供帮助。本课题利用基于第一性原理平面波赝势的计算法的CASTEP软件模块,对氢原子在La3MgNi14晶体的(110)面吸附进行了研究。研究发现: La3MgNi14晶体的(110)面态密度与体相态密度的在大体上较为相似,但(110)面的态密度带隙宽度均有所减小,导带在费米能级以上部分有向低能级漂移的倾向;表面处的活性也要高于体相的活性;氢原子在各吸附位置上的稳定距离在3<sub>3.5之间;当氢原子在La3MgNi(14)晶体的(110)面吸附时,氢原子吸附在La-Ni长桥位时的结构最为稳定,Mg-Ni长桥位次之,Mg-La短桥位的稳定性最低。
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