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《北京化工大学》 2010年
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轻金属储氢材料的结构和电子性质的理论研究

刘华  
【摘要】: 对清洁能源的大量需求引起了对新型储能材料的注意,而固态储氢已被认为是最有效的方法之一。为了提高这些材料的性能,就必须理解它们的基础性质,尤其是晶体结构、电子结构和弹性性质等。本课题应用从头计算方法,计算研究了Li-N-H, Li-Mg-N-H, y-AlH3等轻金属储氢体系。 (1)应用从头计算方法研究了储氢材料Li2NH和LiNH2的结构和电子性质。通过Mulliken分布和晶体轨道分布分析得出Li和N之间的具有较强的离子性,N和H之间有较强的共价性,LiNH2中N-H之间的共价性较Li2NH中的N-H之间的共价性弱。态密度分析Li2NH和LiNH2的价带都是主要由H的s轨道和N的sp轨道贡献。在Li2NH价带部分有一个小的带隙存在,而在LiNH2价带部分有两个小的带隙存在。 (2)应用从头计算方法研究了储氢材料a-Li2Mg(NH)2和(3-Li2Mg(NH)2两种构型的结构性质和电子性质。计算优化得到的晶胞参数和N-H键长符合实验得到的数据。通过Murnaghan状态方程得到了体积模量和零压力下的能量,计算结果表明a-Li2Mg(NH)2为基态构型。通过Mulliken分布分析说明α构型的N-Li/Mg的离子特性和N-H间的交互作用都弱于p构型。态密度分析结果表明,价带轨道主要由N原子的s轨道和p轨道占据,并与H原子的s轨道杂化。 (3)应用密度泛函理论方法研究γ-AlH3的晶体结构,电子性质和弹性性质。计算优化得到原子坐标,键长,键角与实验测定值相符。通过Mulliken分布和晶体轨道分布分析Al和H之间有强的离子性和弱的共价性。这些电荷性质在电荷差分密度图中得到了进一步的证明。态密度分析y-AlH3的价带主要由H的s轨道和Al的sp轨道贡献。在价带的-7.5--7.0eV之间还有一个小的带隙。本文还研究了γ-AlH3晶体的弹性常数和体积模量。弹性常数C11,C22和C33的值分别为102.3514,93.4176和135.3996GPa,体积模量为49.2746GPa。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB34

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【参考文献】
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