二氢化镁储氢材料的第一性原理研究

发布时间：2021-10-11 20:58

　　随着传统能源（煤、石油、天然气）的逐渐枯竭,环境问题、能源问题越来越严重。寻找和利用环境友好、可再生的清洁能源是目前人类面临的严峻挑战。氢能源有着很高的能量密度,燃烧无污染,被普遍认为是一种理想的清’洁能源。氢能源的主要技术包括:（1）利用太阳能制取氢气,（2）氢气存储（储氢材料）,（3）氢燃料电池的应用。本论文研究的是储氢材料,包含5章内容。在第1章,我们首先介绍了第一性原理和密度泛函理论,然后介绍了常用的量化软件VASP,最后介绍了能垒的计算方法。在第2章,我们首先介绍了氢经济、氢能源的基本概念,以及实际应用（美国能源部DOE）对储氢材料的具体要求。其次,我们介绍了储氢材料跟氢气之间的相互作用,介绍了吸氢和脱氢反应的基本概念（氢容量、热力学、动力学、反应焓变/脱氢能、反应能垒等）。第三,我们介绍了传统金属氢化物、复杂金属氢化物、化学氢化物、多孔材料等作为储氢材料的研究现状。第四,我们列举了调制储氢材料的储氢性能的方法（降低材料尺寸、添加催化剂等）。第五,我们介绍了储氢材料在实际应用中涉及到的其它参数（有效氢容量、总体效率、氢气的纯度、循环使用次数等）。最后,我们列举了储氢材料在理论... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 理论计算方法简介
    1.1 第一性原理简介
    1.2 密度泛函理论简介
    1.3 交换相关泛函简介
    1.4 常用的量化软件VASP
    1.5 能垒的计算方法
    1.6 参考文献
第2章 储氢材料的背景介绍
    2.1 氢能源的简单介绍
    2.2 储氢材料的目标:重要参数
    2.3 储氢材料的分类
        2.3.1 储氢材料跟氢气的相互作用
        2.3.2 储氢材料的物理状态
        2.3.3 储氢材料的热力学和动力学性质
    2.4 储氢材料的分类
        2.4.1 传统金属氢化物
        2.4.2 复杂金属氢化物
        2.4.3 化学氢化物
        2.4.4 吸附剂
    2.5 储氢材料的性能调制
        2.5.1 改变储氢材料的热力学性能
        2.5.2 改变储氢材料的动力学性能
    2.6 储氢材料的实际应用
        2.6.1 有效氢容量
        2.6.2 总体效率
        2.6.3 氢气的纯度
        2.6.4 循环使用次数
    2.7 储氢材料的理论计算
        2.7.1 体材料
        2.7.2 团簇
        2.7.3 纳米线
        2.7.4 表面
    2.8 本章小结
    2.9 参考文献
第3章 MgH_2纳米线的储氢性质
    3.1 MgH_2储氢材料的研究背景
    3.2 MgH_2纳米线的实验进展
    3.3 计算方法和模型
    3.4 MgH_2纳米线的结果和分析
        3.4.1 MgH_2纳米线的结构和稳定性
        3.4.2 MgH_2纳米线的脱氢能和脱氢温度
        3.4.3 MgH_2纳米线的电荷分析
        3.4.4 计算结果与实验进行对比
        3.4.5 MgH_2纳米线的电子结构
    3.5 本章小结
    3.6 参考文献
第4章 Pd吸附的MgH_2(110)表面的脱氢反应
    4.1 Mg/MgH_2薄膜的研究背景
        4.1.1 Mg/MgH_2薄膜作为储氢材料
        4.1.2 Mg/MgH_2薄膜的其它用途
        4.1.3 反应机理
        4.1.4 理论计算方面
        4.1.5 研究动机
    4.2 计算方法和模型
    4.3 计算结果和分析
        4.3.1 纯的MgH_2(110)表面
        4.3.2 Pd在MgH_2(110)表面的吸附和扩散
        4.3.3 纯的MgH_2(110)表面的脱氢能垒
        4.3.4 Pd吸附在次表面的脱氢能垒
        4.3.5 Pd吸附在表面的脱氢能垒
        4.3.6 讨论分析:氢溢出机理
    4.4 本章小结
    4.5 参考文献
第5章 金属吸附的BC_3材料作为储氢材料的理论设计
    5.1 储氢材料的理论设计的背景介绍
    5.2 计算方法和模型
    5.3 计算结果和分析
        5.3.1 金属原子在BC_3上的吸附情况
        5.3.2 BC_3/Li吸附H_2和氧容量
        5.3.3 BC_3/Ca吸附H_2和氢容量
        5.3.4 BC_3/Sc吸附H_2
        5.3.5 讨论
    5.4 本章小结
    5.5 参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Hydrogen——A sustainable energy carrier[J]. Kasper T.M?ller,Torben R.Jensen,Etsuo Akiba,Hai-wen Li.  Progress in Natural Science:Materials International. 2017(01)



本文编号：3431228