Mg基氢化物放氢性能和氟化石墨烯还原机理的理论研究

摘要

运用密度泛函理论研究了M(Li,K)替代NaMgH3体系中部分Na后对体系电子结构和放氢热力学性能的影响。计算了M掺杂后体系的形成焓，发现形成焓为负值，表明体系在热力学方面结构是稳定的。研究了掺杂体系4条可能的反应路径，得到掺杂体系最有利的放氢路径。对比反应焓结果，发现Li替代部分Na后降低了体系的反应焓，改善了体系的放氢热力学性能，而K掺杂体系的反应焓变化不明显。进一步计算随着Li掺杂浓度的增加体系反应焓的变化，发现反应焓数值的绝对值逐渐减小，说明NaMgH3掺杂体系的热力学性能逐步改善。最后计算了体系的声子谱，发现体系Li的掺杂量不超过50.00%。
　　分别研究了C和Si原子掺杂对MgH2(110)表面结构和体系放氢性能的影响。通过计算表面结构的能量随层数的变化，获取9层作为合理的表面结构。计算了MgH2(110)表面C和Si原子在2种掺杂位置的占据能，发现Si原子掺杂优先占据间隙位置，C原子掺杂优先替代表面Mg原子位置。研究了MgH2(110)表面外3层 H原子的脱附性能，发现Si掺杂间隙位置和C替代Mg原子位置的放氢能均比未掺杂体系同位置的放氢能要低，说明Si掺杂间隙和C替代Mg原子位置都有利于H原子的脱附。同时Si间隙掺杂比C替代Mg原子位置的放氢能低，说明Si掺杂体系H原子的脱附效果比C掺杂好。
　　最后研究了N2H4分子与氟化石墨反应得到石墨烯的反应过程。计算发现N2H4分子插入到氟化石墨层间使层间距增大，层间的相互作用减弱，因此氟化石墨极易变为氟化石墨烯结构。研究N2H4分子与氟化石墨烯反应，考虑两种反应方式：一种为N2H4分子中的4个H原子依次攻击氟化石墨烯，计算发现N2H4分子发生还原反应的反应能垒值比置换反应低，给出了最低反应能垒的反应路径为N2H4（还原反应）→N2H3（还原反应）→N2H2（还原反应）→N2H（还原反应）→N2。反应后N2H4分子解离为N2分子，同时氟化石墨烯中F原子被N2H4分子中的H原子还原出去结构转变为石墨烯结构。另一种为N2H4分子中2个-NH2基同时与氟化石墨烯反应，反应后N2H4分子变为N2，此时的氟化石墨烯表面被氢化，但是该过程初始需要较大的反应能垒，表明该过程不易发生。所以，N2H4分子与氟化石墨烯反应，氟化石墨烯会被还原为石墨烯结构。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究意义及研究现状

1.2 研究内容

第2章 金属原子(Li,K)掺杂对NaMgH3体系放氢性能影响的理论研究

2.1 引言

2.2 计算模型和测试

2.3 结果和讨论

本章小结

第3章 非金属C和Si掺杂对MgH2(110)放氢性能影响的理论研究

3.1 引言

3.2 计算模型和测试

3.3 结果和讨论

本章小结

第4章 氟化石墨烯还原机理的理论研究

4.1 引言

4.2 模型和计算

4.3 结果与讨论

本章小结

总结与展望

1 结论

2 展望

参考文献

致谢

附录