Ti,V, Nb掺杂MgH2储氢体系的放氢性能及微观机理

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法, 计算了过渡金属元素Ti, V, Nb掺杂MgH₂储氢体系的几何构型、能量与电子结构. 结果显示: Ti, V, Nb掺杂原子较Mg表现出更强的“亲氢性”, 掺杂原子在吸引周围H原子同时却削弱了体系中的H—Mg键强|掺杂体系相结构稳定性降低, 放氢性能提高, 且体系放氢能力按MgH₂-Ti, MgH₂-V, MgH₂-Nb顺序依次增强|放氢过程中, 掺杂原子与周围H原子所形成的氢化物团簇对改善体系放氢性能表现出主要的催化活性|掺杂元素改善MgH₂体系放氢性能的微观机理在于掺杂体系在费米能级附近能隙的变窄、低能级区成键电子数的减少以及H—Mg间相互作用的减弱.     

MgH2脱氢动力学的表面缺陷效应研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了完整、含Mg原子空位及Pd原子掺杂三种MgH2(110)表面的氢脱附行为及其动力学,并从电子结构角度给出了表面空位/掺杂两类缺陷对其脱氢动力学的影响机制.结果显示:MgH2(110)表面六重配位的Mg原子位置是形成Mg空位或Pd掺杂的优先位置;相对于完整表面而言,Mg空位或Pd掺杂均极大地降低了MgH2(110)表面的氢脱附能垒,在一定程度上解释了MgH2纳米结构调制与催化掺杂可明显改善体系脱氢动力学的实验现象;电子结构分析发现,表面空位/掺杂缺陷的存在致使MgH2表面在费米能级附近能隙变窄、低能级区成键电子数减少,进而导致近表面的原子层稳定性降低,从而使得表面Mg-H间相互作用减弱.     

硅醇在含羟基K2Ti6O13(010)表面吸附特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对H2O分子诱生的羟基在六钛酸钾K2Ti6O13 (010)表面的形成过程及其对硅醇在K2Ti6O13 (010)表面吸附性能的影响及机理进行研究.结果表明:引入的单个H2O分子在K2Ti6O13 (010)表面可自发分解为OH-和H+,两者会分别与表面的Ti及其近邻的O结合,进而在表面形成两个羟基;羟基的存在会使硅醇在K2Ti6O13 (010)表面实现由物理吸附至化学吸附的转变,极大地增强了硅醇与K2Ti6O13表面的结合强度,很好地解释了实验现象;电子结构分析表明,羟基改善硅醇在K2Ti6O13表面结合强度的根源应归因于羟基与硅醇中的Osp轨道电子的贡献.