高压下M-H（M=Ti,V,Zr,Nb）体系结构与性质的理论研究

发布时间：2022-10-10 21:49

　　使用氢能是解决当今能源危机与环境污染问题的一个比较理想方法。氢能的大规模使用关键在于制造、储存、使用三个环节,其中的储存环节里,传统的储氢方式安全性差而且低效,寻找新的储氢方式势在必行。大部分的金属都能和氢气发生反应,因此利用金属氢化物储氢一直以来都受到广泛的关注。钛、钒、锆、铌是储氢合金中常见的组成元素,这些元素的在储氢合金中一般能形成二氢化物。为了提高储氢量,这些元素形成含氢量更高的氢化物的条件成了研究人员关注的问题,而通过计算预测这些高含量氢化物稳定存在的条件对实验合成有很好的指导作用。第二章介绍了本文中主要用到的理论研究方法,首先阐述了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,然后介绍了用于结构搜索的粒子群优化算法,最后提供了本文使用的部分关键的计算参数等具体计算细节。在结构搜索中,氢的配比最高搜索到了金属的四氢化合物。我们需要找出同一配比的氢化物中能量最低的结构,将各个配比中的低能量结构进行比较,并计算出这些结构在0到100 GPa的压力条件下的能量变化情况,判断它们的稳定性。不同配比的氢化物的稳定性可以通过它们的形成焓来比较,我们也给出了各个结构形成焓随化学势在高压条件下的变化... 

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 氢能的现状
    1.3 金属氢化物储氢
        1.3.1 镁基储氢合金
        1.3.2 钒基储氢合金
        1.3.3 AB_5型稀土系储氢合金
        1.3.4 AB_2型储氢合金
        1.3.5 AB型钛铁合金
    1.4 高压的意义与应用
    1.5 钛钒锆铌氢化物的理论研究现状
    1.6 本文的研究意义、目的和内容
第二章 理论研究方法
    2.1 引言
    2.2 第一性原理计算
        2.2.1 绝热近似
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交换关联泛函
    2.3 粒子群优化算法
        2.3.1 全局粒子群优化
        2.3.2 局域粒子群优化
    2.4 计算方法
    2.5 本章小结
第三章 钛氢体系的结构与性质
    3.1 研究背景简介
    3.2 金属钛的结构
    3.3 钛氢体系的结构预测
        3.3.1 TiH_2的结构预测
        3.3.2 TiH_(2.5)的结构预测
        3.3.3 TiH_3的结构预测
        3.3.4 TiH_4的结构预测
    3.4 钛氢化物的性质
        3.4.1 常压下的稳定性
        3.4.2 高压下的稳定性
        3.4.3 动力学稳定性
        3.4.4 钛氢化物的电子性质
    3.5 本章小结
第四章 钒氢体系的结构与性质
    4.1 研究背景简介
    4.2 钒氢体系的结构预测
        4.2.1 VH的结构预测
        4.2.2 VH_2的结构预测
        4.2.3 VH_(2.5)的结构预测
        4.2.4 VH_3的结构预测
        4.2.5 VH_4的结构预测
    4.3 钒氢化物的性质
        4.3.1 常压下的稳定性
        4.3.2 高压下的稳定性
        4.3.3 动力学稳定性
        4.3.4 钒氢化物的电子性质
    4.4 本章小结
第五章 锆氢体系的结构与性质
    5.1 研究背景简介
    5.2 金属锆的结构
    5.3 锆氢体系的结构预测
        5.3.1 ZrH_2的结构预测
        5.3.2 ZrH_(2.5)的结构预测
        5.3.3 ZrH_3的结构预测
        5.3.4 ZrH_4的结构预测
    5.4 锆氢化物的性质
        5.4.1 常压下的稳定性
        5.4.2 高压下的稳定性
        5.4.3 动力学稳定性
        5.4.4 锆氢化物的电子性质
    5.5 本章小结
第六章 铌氢体系的结构与性质
    6.1 研究背景简介
    6.2 铌氢体系的结构预测
        6.2.1 NbH_2的结构预测
        6.2.2 NbH_(2.5)的结构预测
        6.2.3 NbH_3的结构预测
        6.2.4 NbH_4的结构预测
    6.3 铌氢化物的性质
        6.3.1 常压下的稳定性
        6.3.2 高压下的稳定性
        6.3.3 动力学稳定性
        6.3.4 铌氢化物的电子性质
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]Laves phase hydrogen storage alloys for super-high-pressure metal hydride hydrogen compressors[J]. GUO Xiumei, WANG Shumao, LIU Xiaopeng, LI Zhinian, LU Fang, MI Jing, HAO Lei, and JIANG Lijun Energy Material and Technology Institute, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China.  Rare Metals. 2011(03)



本文编号：3690414