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AB_2型Laves相储氢合金吸氢机理及掺杂元素作用机制的研究

苏强  
【摘要】:本文研究了AB_2型Laves相储氢合金吸氢机理以及替代元素在储氢合金中的作用机制。本论文主要有以下几方面的内容: 利用偏最小二乘法(PLS)研究AB_2型Laves相储氢合金中C14、C15结构的影响因素,并得出了这两种结构形成的判据;利用电荷自洽离散变分X_α(SCC-DV-X_α)方法计算了ZrMn_2、ZrMnM(M=Mn、Co、V、Fe)、TiMn_2、TiMnM(M=V、Cr、Fe、Co)及其氢化物的电子结构,分析了ZrMn_2合金氢化物、TiMn_2合金氢化物中氢原子与合金元素的成键方式,合金中氢化物形成元素与非形成元素的作用机理;此外还分析了ZrMnM和TiMnM合金中替代元素的作用机理。研究结果表明: 1.AB_2型Laves相储氢合金中的C14、C15结构的形成受A、B两元素的共价半径比(R_A/R_B),外层电子的平均浓度(ANOE),A、B两元素的电负性差Δφ这几个因素的影响。其中影响最大的因素为两元素的共价半径比(R_A/R_B)。 2.在ZrMn_2氢化物中,H原子与Mn原子的成键作用强于H原子与Zr原子之间的相互作用,这可能是ZrMn_2H的稳定性较好的原因之一;由于H原子与Zr原子成键作用较弱,H原子进入ZrMnz_2的晶格位置后,Zr原子更易于向外移动,使得c轴的膨胀大于a轴的膨胀;在TiMn_2H中,Mn3p、Ti3p均与Hls有成键作用;TiMn_2H中H的非键区 广西大学硕士论文 电荷的增加是TIMnZH稳定性比ZrMnZH、差的原因之一。 3.zrMnM合金氢化物稳定性与M的3p轨道的电荷占据数有关, 3p轨道的电荷占据数增加,有利于其氢化物的稳定;吸氢前后,取代元 素M的3d电子的变化是影响ZrMnM合金储氢性能的主要原因之一: 吸氢后,CO的3d分波态密度向成键区偏移,加强了与H原子的成键作 用,使得CO的加入能延长合金的循环寿命;在ZrMnM合金中,CO和 Mn与氢的成键特征很相近,CO的加入利于改善ZrMn:合金的氢压平台 曲线 4.在TIMnCrH和TIMnvH中,H原子与Mn原子的成键作用强 于其与替代元素之间的相互作用夕替代元素3p轨道成键峰的减弱是合金 滞后效应减小的主要特征:加入V使合金晶胞体积增大,这是V的加入 能降低贮氢合金的平台压力的原因。


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