文档介绍：沈阳师范大学
硕士学位论文
Li-N-H系储氢材料释氢及催化机理的理论研究
姓名:戚克振
申请学位级别:硕士
专业:粒子物理与原子核物理
指导教师:张辉
20090501
Li-N-H 系储氢材料释氢及催化机理的理论研究
Li-N-H 系储氢材料释氢及催化机理的理论研究
摘要
Li-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-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 Li-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-N-H 系储氢材料的设计和优化具有
重要意义。
研究发现:
金属 Ca、Na、Al 分别替代 Li(Mg)NH2 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 N-H 键的作用,且得出 Mg, Al 同时掺杂时
的效果最好;非金属 C、P、B 分别替代 Li(Mg)NH2 中部分 N 时,可以使得 N-H
间单位键长上的平均电荷重叠数降低,减弱 N-H 键的作用,降低释氢温度。其中
C 替代时效果最好,即:在非金属替代中,Li(Mg)N(C)H2 系统的释氢温度最低;
电负性较大的 Mg、Al 金属元素替代 LiNH2 中 Li 时,Mg、Al 金属元素的电负性
大,导致吸引电子的倾向愈大,N 贡献给 H 的电荷减少,N-H 间的电荷重叠数减
少,降低 N-H 键间的相互作用,可以降低释氢温度。
Ti的化合物对 Li-N-H系储氢材料的动力学性能有催化作用归于 Ti原子替位
取代了部分 Li元素。Ti 替代导致 E f 能级处的价电子数 N(E f ) 的增加和临近费米
能级处能隙DEH­L 变窄。Li(Ti)NH2 系统稳定性与 LiNH2 相比相对较低,有利于
释氢;电负性较大的 Ti对 LiNH2 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 LiNH2 的释氢温度。
关键词:储氢材料,元素替代,第一原理,释氢能力
I
Li-N-H 系储氢材料释氢及催化机理的理论研究
The study of the catalytic mechanism and dehydrogenation
Properties of Li-N-H hydrogen storage materials
Abstract
Li-N-H hydrogen storage materials have advantages of high-capacity hydrogen
storage, light mass, low cost, abundance and so on. However, the application of LiNH2
as a hydrogen storage medium 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 to study the action of substituting elements and
the catalytic mechanism on Li-N-H hydrogen storage materials. And, the obtained
results are very useful to improve dehydrogenating properties of hydrogen storage
materials, to select