(HfH2)n(n=5--30)和(LiH)n(n=5--25)纳米团簇的结构和电子性质的密度泛函理论研究
我们的论文工作旨在分析铪氢化物和锂氢化物纳米团簇的行为，以达到潜在的储氢目的。目前可用的化石燃料是人类活动所需的主要能源’但这些燃料由于过度使用而不断减少。此外，由于充分利用化石燃料，气候变化也成为一个严重的问题。为了缓解这些问题，替代能源对于满足能源需求至关重要，而且还必须是环境友好型的，以尽量减少对全球变暖的不利影响。其中，氢被认为是未来运输所需的理想能源载体。以化石为基础的经济向氢经济转变的一个主要障碍是需要解决包括氢的储存在内的一些挑战。现有的常规气体储存系统和低温液体储存系统不安全、重量大、成本高，不能满足未来氢经济性的要求。化学或物理结合的材料在储存方面具有潜在的优势。为了提高催化剂的加氢性能，人们进行了深入的研究。在本论文中，我们研究了铪和锂化学键合氢储存氢的动力学。对于HfH2团簇，不同的大小从5-30被研究去调查它们的行为。此外，对于LiH纳米团簇，还研究了不同尺寸范围团簇的性质，以观察这些团簇的行为。在固态储氢方面，(HfH2)团簇由于具有较高的储氢容量、较低的成本以及原子间的相互作用等优点被认为是一种很有前途的候选材料。用密度泛函理论研究了(HfH2)n团簇的结构和电子性质。DFT计算发现Hf原子占据中心位置，H原子倾向于占据顶点。通过稳定性分析，计算得到的(HfH2)n团簇的结合能和二阶能差从(HfH2)5增加到(HfH2)30。电荷密度分布和Bader分析结果也揭示了Hf与H原子间的离子键合特征，并观察到电子从Hf向H原子的转移。我们还计算了Hf和H原子相互作用的轨道重叠贡献，以了解键合强度。 此外，在密度泛函理论(DFT)框架下结合人工蜂群算法对(LiH)n团簇的结构和电子性质进行了第一性原理计算。结构分析表明，随着团簇尺寸的增大，锂原子占据中心位置，氢原子在顶点位置包围，结构形状趋于非晶态。Li与H的键长为1.77-2.01A，与之前的研究一致。通过稳定性分析，从n=5到n=25，计算得到的LiH团簇的形成能和内聚能增加。通过对投影态密度(PDOS)的计算和分析，深入了解了电子结构。电荷密度分布和DDEC6分析结果揭示了锂和氢原子间的离子键合特征，电荷密度差分析得出锂原子上的电子向氢原子转移。
HfH2团簇;LiH团簇;密度泛函理论;电子性质;金属氢化物
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
黄世萍
2021
中文
TB383
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）