Mg, Al, Ti掺杂改性LiBH_4储氢体系的理论计算与分析

摘要

氢能因储量丰富、无污染和能量密度高而被誉为21世纪的绿色新能源。LiBH_4的理论储氢容量高达18.5%,被认为是最具应用前景的储氢材料之一,但其吸放氢速率相对缓慢限制了其应用。为提高LiBH_4脱氢性能,将金属原子Mg, Al, Ti掺杂到LiBH_4体系中,采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,对金属原子Mg, Al, Ti掺杂改性LiBH_4体系的置换固溶热、合金形成热、 H原子解离能、电子态密度等进行了理论计算和分析,探究揭示Mg, Al, Ti掺杂提高LiBH_4体系脱氢能力的微观机制。计算结果表明:金属原子Mg, Al, Ti掺杂后LiBH_4体系的合金形成热和H原子解离能都变小,说明金属原子Mg, Al, Ti的掺杂使体系相结构稳定性变差,增强了体系脱氢能力。其中, Ti的催化作用最强、掺杂效果最好;对电子态密度的分析结果表明:金属原子Mg, Al, Ti掺杂后体系脱氢能力增强的主要原因在于Fermi能级附近能隙变窄,能隙值减小,并且Mg-BH, Al-BH, Ti-BH键的较强作用减弱了原有的Li-BH, B-H键间的相互作用,降低了体系相结构稳定性。