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本文采用第一性原理计算方法,基于密度泛函理论的平面波赝势(PW-PP)方法,通过Materials studio软件的CASTEP模块计算了H2和H在清洁Mg17Al12(110)面吸附、解离和扩散过程,通过对体系几何结构和电子结构的讨论研究体系储氢性能的影响;同时,对不同浓度过渡金属Ni替代掺杂Mg17Al12(110)面和Ni吸附掺杂Mg17Al12(110)面储氢性能影响进行了对比研究;此外,我们研究了 V及其化合物的加入对Mg17Al12(110)面合金储氢性能影响。其中,V考虑了替代和吸附两种情况,而V的氧化物和碳化物只考虑了它们在(110)面吸附的结构。主要的研究结论如下:1、通过密度泛函理论研究H2和H在清洁Mg17Al12(110)面吸附以及H2在面上的解离和H原子在体系内部的扩散过程。结果表明,H原子和H2分子更喜欢吸附在Mg17Al12(110)表面的Mg-Mg桥位(j和h位置)上。H2分子在表面上的最低解离势垒是0.87eV。氢原子从表面渗透到体系内,最小势垒为0.63eV。在体系内部,氢的扩散行为变得更容易,最大势垒能量为0.24eV,越往里渗透势垒能量越低。PDOS表明H原子与表面状态之间的杂化取决于吸附位点。对于H吸附在Mg-Mg桥位,H s态主要和Mg s态相互作用,而对于H吸附在Mg-Al桥位的状态,Hs态明显与Mg和Al原子的s轨道杂化,从吸附情况说明H s态与Mg s态相互作用对H吸附在表面更有利。2、采用DFT研究Ni吸附和替代代对Mg17Al12(110)表面吸氢性能的影响。Ni替代体系Ni原子倾向于替代Mg3位,两个Ni替代Ni分别替代表面上的两个Mg3位。与清洁Mg17Al12(110)表面相比,含Ni表面表现出储氢性能明显增强的趋势。添加14.7wt%Ni有效地提高了 Mg17Al12(110)表面氢原子和氢分子的吸附能。另外,对于氢解离和渗透吸附Ni的体系表现出最好的性能,其中最低的势垒能量比清洁和Ni替代的表面都要好。Mg17Al12(110)表面改善的吸附能和降低的解离和渗透势垒以及增强的氢化性能可归因于Ni的催化作用。利用DFT可以解释Ni对Mg17Al12(110)表面储氢性能影响机制的改变,可以理解Ni在Mg-Al合金吸氢反应中起催化作用。3、探究替代V和吸附V、VC和VO对Mg17Al12(110)面储氢性能的影响。通过使用密度泛函理论研究Mg16VAl12(110)和Mg17Al12/M(110)(M=V、VC、VO)面上氢和氢气的吸附和解离。计算表明同研究清洁Mg17Al12(110)和Ni掺杂Mg17Al12(110)结果一样,H原子更喜欢吸附在Mg17Al12(110)表面的Mg-Mg桥位J和H位。H2在Mg17Al12/VO(110)面自动解离,在Mg17Al12/M(110)(M=V、VC)面解离势垒很小,分别是 0.11eV 和 0.09eV。PDOS表明H原子与表面状态之间的杂化与位置有关,且Mg17Al12/VO(110)体系H与Mg电子作用较其他体系明显,吸附能-0.87eV最易吸H。