钚氧化物中氢行为的第一性原理研究

发布时间：2021-02-22 15:59

　　通过第一性原理计算和原子级热力学方法,系统研究H、 H₂在PuO₂和α-Pu₂O₃中的吸附、扩散和溶解行为.研究发现:氢的上述行为均是吸热过程,但在α-Pu₂O₃与PuO₂中有显著不同:在α-Pu₂O₃中H可自发聚合成H₂,但在PuO₂中H难再聚合;在α-Pu₂O₃中H、 H₂均能扩散,通常H会聚合成H₂再扩散,在PuO₂中H₂解离后才能扩散,且PuO₂中H沿高势能面的扩散比α-Pu₂O₃中H₂扩散更容易;在氢压、温度驱动下,氢在α-Pu₂O₃中存在H₂溶解到H+H<... 

【文章来源】：计算物理. 2020,37(05)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

PuO2和α-Pu2O3的结构(彩色球代表O原子.)

基于以上结构分析,进行氢在PuO2和α-Pu2O3中吸附行为的研究. 计算过程中,考虑了氢的可能吸附构型,最稳定吸附构型及吸附能如图2. 研究发现,H在PuO2和α-Pu2O3中的吸附都是吸热的,且氢在PuO2中的吸附能较低. 为了确定氢在PuO2和α-Pu2O3中的最稳定吸附形态是H还是H2,分别对PuO2和α-Pu2O3中H2的吸附、 H聚合成H2的势垒进行比较. 研究发现:H2吸附在α-Pu2O3中的吸附能比在PuO2中低,且在α-Pu2O3中H会自发结合成H2; 而在PuO2中H结合成H2的势垒高达1.27 eV. 因此,PuO2中氢以H原子的形态存在; 在α-Pu2O3中氢主要以H2形态存在,且H倾向于结合成H2. 此结果进一步确认了之前的理论研究,H是以原子的形态从PuO2扩散入α-Pu2O3中.2.2 氢的扩散行为

氢在PuO2中主要以H的形态存在,我们主要考虑H在PuO2中的扩散行为. 如图3所示,H在PuO2中的扩散主要分为两步:首先H从最稳定吸附位置(IS1)扩散到相邻的四面体方包内(FS1/IS2); 再经过旋转进入下一个扩散周期(FS2). 计算发现H在PuO2中扩散势垒仅为0.13 eV.图4 氢在α-Pu2O3中的扩散路径及扩散势垒 (TSn-(n+1)表示第n步与(n+1)步之间的过渡态结构.)

【参考文献】：
期刊论文
[1]氢状态方程的路径积分蒙特卡罗研究[J]. 张其黎,刘海风,李琼,宋红州,张弓木.  计算物理. 2019(04)
[2]Ga掺杂δ-Pu的密度泛函理论计算[J]. 李大伟,高云亮,朱芫江,李进平.  计算物理. 2018(04)
[3]水在二氧化钚表面吸附行为的模拟[J]. 陈丕恒,董平,白彬,李炬.  计算物理. 2009(05)



本文编号：3046228