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如何降低储氢材料的吸放氢温度是氢能应用的关键问题之一。Mg17A112是能够进行可逆吸放氢化学反应的Mg-Al合金的主相,其理论储氢容量为4.4 wt.%。然而,高的吸放氢温度阻碍了 Mg17A112合金在储氢方面的应用。因此,针对1Mg17A112的吸氢温度过高的问题,本文主要基于密度泛函理论研究了多种催化剂对Mg17A112(110)面吸氢性能的影响,主要从体系的形成能、氢气和氢原子的吸附能、氢气分子解离成氢原子的解离能以及体系电子结构等方面来判断催化剂的催化效果,并且通过实验加以验证。计算结果显示碱金属Li、碱土金属AM等催化剂的加入改善了氢气在Mg17A112(110)面的吸附和解离。论文主要研究成果有:1、用密度泛函理论研究了 Mg17Al12(110)表面掺杂Li后的氢吸附和解离行为。结果表明,单个氢原子更倾向吸附在Mg-Mg桥位上。H原子(H2分子)在Li替代或Li吸附体系的吸附能分别为-0.33(-0.20)、-0.68(-0.48)eV,均低于其在清洁体系的吸附能——-0.18(-0.13)eV。吸附能的改善表明掺杂Li后氢更容易吸附在Mg17A112(110)表面。另外,Li吸附体系中氢气的解离势垒为0.14 eV,远低于清洁体系(0.87 eV)。2、基于密度泛函理论(DFT)研究了碱土金属(AM=Be、Ca、Sr、Ba)对Mg-Al合金吸氢性能的影响。通过观察Mg17A112合金及其(110)表面掺杂AM后相关几何结构、形成能、H吸附能和电子结构发现,AM掺杂的Mg17Al12(110)表面的吸氢性能得到改善。此外,H在Be掺杂表面上的吸附能(-0.79 eV)比在过渡金属Ni掺杂(-0.44 eV)、碱金属Li掺杂(-0.33 eV)和清洁(-0.18eV)Mg17Al12(110)体系上的吸附能更低。对电子结构的分析表明,随着Mg-H键的生成,形成了Be-H、Ca-H、Sr-H和Ba-H键。其中Be-H键相互作用最强,其次是H吸附能为-0.31 eV的Ba掺杂体系中的Ba-H键。3、从实验和计算两方面观察了钡的化合物对Mg17Al12合金的催化行为。前面碱土金属元素AM掺杂Mg17Al12的结果表明Ba的加入改善了Mg17A112的吸氢性能,因此从实验方面探究了 Mg17Al12掺杂Ba的化合物(BaO,BaCl2和BaF2)的吸氢性质,并对掺杂BaO体系的吸氢行为的微观机制进行了解释。实验结果表明,这些样品的储氢量可达4.0wt.%。而当样品吸氢量为1.0 wt.%时,Mg17A112-BaO样品的吸氢温度最低(187℃)。在计算模型中,(H2)BaO可以物理吸附在(BaO掺杂的)Mg17Al12(110)表面,而单个H原子更倾向于吸附在Mg原子和Al原子之间的桥位上。在氢吸附后,O原子与最近邻的Mg原子成键。BaO掺杂体系的氢吸附能(-1.95 eV)是Ba掺杂体系的(-0.31 eV)六倍,是清洁Mg17Al12(110)体系的(-0.18 eV)十倍。此外,BaO掺杂体系所需的H2解离能(0.17 eV)是清洁体系的(0.87 eV)五分之一。计算结果显示BaO的掺杂可能使氢吸附更容易并降低了氢解离能,从而降低了Mg17Al12合金吸氢温度。