LaNi贮氢过程的热力学分析及其第一性原理计算

摘要

金属和金属间化合物，由于其自身独有的优点而广泛地应用于氢的贮存和运输。LaNi<,5>是最常用的贮氢材料，具有吸氢量大、易活化、平衡压适中、吸放氢快等优点。目前已对LaNi<,5>及其衍生物作了广泛的实验和理论研究，但是定量地解释说明贮氢过程中的现象和规律仍然是一个重要而艰难的问题。为此，本文对LaNi<,5>贮氢过程的热力学平衡过程进行了理论分析，采用第一性原理方法计算了LaNi<,5>及其氢化物的热力学函数，得到的结果如下： (1) 分析了固体合金LaNi<,5>贮氢过程的热力学平衡关系，根据平衡状态下的热力学函数，导出了能够完整地描述整个实验范围的平衡压力-贮氢量．温度(p-c-T)关系的平衡公式。 (2) 对LaNi<,5>贮氢过程的实验数据进行了拟合分析，拟合得到的p-c-T平衡曲线与实验数据符合较好。计算并讨论了贮氢过程中平衡反应的热力学函数△H<,1>、△S<,1>和△G<,1>，结果表明，平衡反应的热力学函数受温度变化的影响，基本不受平衡压力变化的影响。 (3)用第一性原理方法优化计算了LaNi<,5>及其氢化物LaNi<,5>5H<,n>(n=1，2，3，4，5)的能量、体积模量和热力学函数。计算出了LaNi<,5>贮氢过程的p-c-T参数，并与用实验拟合的结果进行了比较分析。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1贮氢技术的发展概况

1.2金属(或合金)贮氢材料的研究

1.3本文主要内容

第二章理论基础

2.1 LaNi5贮氢过程的热力学分析

2.2第一性原理方法

2.2.1概述

2.2.2 Born-Oppenheimer近似

2.2.3密度泛函理论

2.2.4波函数的平面波基组

2.2.5赝势近似方法

2.2.6 Meterials Studio软件

2.3固体弹性力学和热力学原理

2.3.1弹性波速计算

2.3.2德拜理论

第三章LaNi5贮氢过程p-c-T曲线的理论分析

3.1引言

3.2 p-c-T曲线实验的拟合

3.3贮氢过程的热力学分析

3.4与van't Hoff公式的比较

第四章LaNi5及其氢化物的第一性原理计算

4.1引言

4.2结构优化

4.3能量与弹性模量

4.4热力学性质

4.5 LaNi5贮氢过程的p-c-T参数

结论

参考文献

硕士期间论文发表情况

致谢