文档介绍：沈阳师范大学
硕士学位论文
Li-B-N-H系储氢材料释氢及催化机理的理论研究
姓名:肖明珠
申请学位级别:硕士
专业:凝聚态物理
指导教师:张辉
20100501
Li-B-N-H 系储氢材料释氢及催化机理的理论研究
摘要
Li-B-N-H 系储氢材料有许多优点:储氢量大、质量轻、价格低以及资源丰富等。然而,
较高的释氢温度以及相对较慢的吸放氢动力学等缺点限制了 Li-B-N-H 系储氢材料的实际
应用。本文结合国家高科技发展计划(国家 863 计划)项目:“新型轻质储氢材料的低成本
制备技术”(No. 2009AA052105),采用第一性原理赝势平面波方法对几种高密储氢材料进行
了比较,对 Li-B-N-H 系储氢材料元素的替代行为及其催化机理进行了研究。这些研究为
明确掺杂剂种类及催化剂的选择,提高储氢材料的性能,研制释氢温度较低的储氢材料提
供理论基础,对 Li-B-N-H 系储氢材料的设计和优化具有重要意义。
研究发现:MgH2、 LiBH4 、LiNH2 、NaAlH4 几种高密储氢材料都比较稳定,且释
氢温度都很高;通过合金化可以降低储氢材料的稳定性,改善其释氢性能。通过对态密度
分析发现 LiBH4 带隙最宽,释氢温度最高。合金化使得几种高密度储氢材料的带隙变窄,
从而使它们的释氢性能大大改善。电荷布居分析发现,LiBH4 中 B-H 键最强,LiNH2 中
H-N 键最弱,因此 LiNH2 中 H 相对容易放出。合金化后,各储氢材料中 X(B、N)-H 键强
度都有所降低。
通过对态密度分析发现 Li4BN3H10 带隙最宽,因此它的释氢温度也最高。元素替代后
使得储氢材料的带隙变窄,从而使它们的释氢性能大大改善。金属 Mg、Al 分别替代
Li4BN3H10 中部分 Li 时,可以使得 N-H 间单位键长上的平均键重叠聚居数降低,减弱 H-N
键的作用,降低释氢温度。其中 Al 替代时效果最好。金属 Ti、Ni对 Li-B-N-H 系储氢材料
的动力学性能有催化作用。用 Ti和 Ni取代部分 Li元素后,导致临近费米能级处能隙 DEH­L
变窄。Li4(Ni)BN3H10 中 B-H 的电荷布居最小,使得 Li4(Ni)BN3H10 中氢气相对容易放
出。电负性较大的 Ti、Ni对 Li4BN3H10 解氢动力学的催化作用,可归因于 N-H 间电子相互
作用减弱,可以有效降低 Li4BN3H10 的释氢温度。
关键词:第一原理,释氢能力,储氢材料,元素替代
I
The study of the catalytic mechanism and
dehydrogenation Properties of Li-B-N-H hydrogen storage
materials
Abstract
Li-B-N-H hydrogen storage materials have advantages of high-capacity hydrogen storage,
light mass, low cost, abundance and so on. However, the application is greatly hindered by its
high operating temperature and its poor ics. In this thesis, combining the National High
Technology Research & Development Plan of China “The low cost preparation technology of
novel lightweight hydrogen storage materials”(No. 2009AA052105), A first-principles
plane-wave pseudo-potential method was applied pare several high-density hydrogen
storage materials and study the action of substituting elements and the catalytic mechanism on
Li-B-N-H hydrogen storage materials. And, the obtained results are very useful to improve
dehydrogenat