张健
材料导报
基于机械反应球磨技术在氢气气氛下成功合成了Mg2NiH4及Cu掺杂Mg2NiH4储氢体系,并采用XRD、SEM、DSC及TGA检测手段对其组织结构与解氢性能进行表征.结果显示,适当提高氢压、延长球磨时间均有助于2Mg-Ni混合物氢化反应的完全化及产物结构的纳米化;Cu掺杂可进一步加快混合物的氢化反应速率,但其产物结构的团聚现象却因MgCu2相的出现而趋于严重;综合热分析表明Cu掺杂不仅降低了Mg2NiH4的解氢温度,还加快了体系的解氢速率;研究结果很好地证实Cu元素是改善Mg2NiH4储氢体系解氢性能最理想的合金化元素之一.
关键词:
Mg2NiH4
,
机械反应球磨
,
组织结构
,
解氢性能
张健
,
黄雅妮
,
龙春光
,
邵毅敏
,
彭平
,
周惦武
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2011.05.002
采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法.考察了Mg空位缺陷对MgH<,2>体系解氢性能的影响及微观机理.结果表明:Mg空位缺陷的出现使MgH<,2>晶胞发生收缩,晶格产生畸变,且极大地降低了体系的结构稳定性,显著提高了体系的解氢动力学;电子结构分析表明:Mg空位缺陷改善MgH<,2>体系解氢性能的微观机理在于体系在费米能级以下成键电子数的减少以及费米能级附近能隙的变窄.
关键词:
MgH2
,
空位缺陷
,
赝势平面波
,
解氢性能
,
电子结构
袁江
,
宋新华
,
卢端敏
,
候德政
材料导报
采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,研究了V元素掺杂对LiNH2的电子结构和解氢性能的影响.计算结果显示,V元素掺杂LiNH2晶体模型的负合金形成热减少,LiNH2体系结构的稳定性减弱,合金化增强了体系的解氢能力.Mulliken集居数、电子态密度与电子密度的进一步分析发现:掺杂V以后,通过电荷补偿,N与H之间离子性相互作用增强,共价性相互作用减弱;费米能级(EF)处键峰值增大,能隙△EH-L变窄,LiNH2的解氢能力提高.
关键词:
赝势平面波
,
LiNH2
,
合金形成热
,
电子结构
,
解氢性能
袁江
,
周惦武
,
陈益林
,
侯德政
材料导报
采用基于密度泛函理论"总体能量赝势平面波方法"的CASTEP总能计算软件包,通过LiNH2晶胞将Li置换成Mg和Nb及其移走H所需能量及几何、电子结构、负合金形成热的计算,发现添加Mg和Nb使LiNH2体系负合金形成热减少,表明体系相结构稳定性变差,预示着解氢能力得到改善.通过电子态密度(DOS)与电子密度的进一步分析发现,添加Mg和Nb提高LiNH2解氢能力的主要原因在于Mg和Nb与其周围的H相互作用不明显,而使NH之间的成键作用减弱,从而提高了LiNH2体系的解氢能力.
关键词:
Mg
,
Nb
,
LiNH2
,
解氢性能
,
形成热
,
电子结构
张健
,
孙立芹
,
毛聪
,
龙春光
,
陈荐
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2015.22.021
镁氢化物(MgH2)解氢温度偏高是目前制约其实际应用的主要瓶颈.采用机械球磨方法制备了MgH2、MgH2-10％Ni、MgH2-10％Ti、MgH2-15％Ni-5 ％Ti(质量分数)四种不同储氢体系,借助XRD、SEM、DSC等检测手段表征了不同体系的组织结构与解氢性能,并就Ni、Ti单独与复合掺杂对MgH2解氢性能的影响机理进行了分析.结果表明:Ni、Ti单独掺杂时,较纯MgH2球磨体系而言,MgH2颗粒与晶粒尺寸减小且均匀,颗粒团聚现象缓解,初始解氢温度明显降低,其原因在于少量Ni、Ti原子固溶于MgH2基体,导致其晶格变形、结构稳定性降低,其中,Ni的固溶效果尤为明显;而Ni、Ti复合掺杂时,由于球磨过程中NiTi新相的出现,导致MgH2颗粒与晶粒细化效果较单独掺杂时有所减弱,然而球磨体系的初始解氢温度较单独掺杂时却进一步降低,实现了Ni、Ti两种元素的协同固溶效应.
关键词:
镁氢化物
,
过渡金属
,
掺杂
,
组织结构
,
解氢性能
朱璞
,
张健
,
郭书振
,
王旭
材料导报
采用机械球磨技术制备了MgH2-10％Al2O3(质量分数)储氢复合体系,通过XRD、SEM、DSC-TG等检测手段考查了微量Al2O3陶瓷颗粒掺杂对MgH2体系组织结构及解氢性能的影响,并对其相关机理进行了分析.结果表明:机械球磨可有效细化MgH2颗粒;在微量Al2O3陶瓷颗粒与机械球磨的协同作用下,MgH2颗粒的细化效果更为显著;相对于纯MgH2球磨体系而言,微量Al2O3的掺杂有效降低了MgH2体系的解氢温度(降低近50℃),且其解氢速率也有所提高;MgH2-Al2O3储氢复合体系解氢性能的改善主要源于Al2O3陶瓷颗粒对MgH2体系的组织细化效应.
关键词:
MgH2
,
陶瓷颗粒
,
球磨
,
解氢性能
周惦武
,
刘金水
,
徐少华
,
陈根余
稀有金属材料与工程
采用基于密度泛函理论的Dmol4.1程序包,通过计算替换Mg、形成Mg空位、体系移走H原子所需能量及电子结构的改变,对金属氟化物改善MgH2体系解氢性能的机制进行探讨.结果发现:形成Mg空位所需能量明显高于Fe、Ti、Zr、V、Ni、Nb、Cr、Cu替代Mg所需能量,与形成Mg空位相比,低温下替代Mg更利于MgH2体系解氢:NiF2、NbF5、ZrF4作为催化剂利于MgH2体系解氢,理论计算的强弱顺序与实验结果一致:NiF2、NbF5、ZrF4金属氟化物改善MgH2体系解氢性能主要在于NiF2中的Ni、NbH中的Nb、ZrH2中的Zr分别替代MgH2中的Mg,加速了化学反应:NiF2+3MgH2=MgF2+Mg2NiH4、2NbF5+5MgH2=5MgF2+2NbH+4H2、ZrF4+2MgH2=2MgF2+ZrH2向右进行,使结构稳定的MgH2发生转变生成了Mg2NiH4、NbH和ZrH2等氢化物.电子态密度的进一步分析结果发现:Ni、Nb、Zr替代MgH2体系中的Mg,使超胞中心原子与其周围第1、2近邻H原子组成的八面体区域,成键的总电子数在费米能级以下按Ni、Ti、Zr的替代顺序增多,表明对应MgH2体系的结构稳定性按Ni、Ti、Zr的替代顺序增强,而解氢按Ni、Ti、Zr的替代顺序在下降,较好解释了NiF2、NbF5、ZrF4利于MgH2体系解氢,理论计算的强弱顺序与实验结果的一致性.
关键词:
MgH2
,
密度泛函理论
,
解氢性能
,
机制
袁江
,
魏红伟
,
罗静
,
杨剑
,
韦肖飞
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.06.034
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了LiAlH4-Cl体系的晶体与电子结构及稳定性能.计算生成焓发现,Cl-均可替代LiAlH4晶体结构中不同位置的H原子、[AlH4]单元体及占间隙位,其占位难易程度从易到难依次为:间隙位>H2位>H4位>H3位>H1位>[AlH4]单元体.H原子解离能的计算发现:在Cl-替代[AlH4]单元和占据间隙位时,LiAlH4体系的结构稳定性变差,对应体系的放氢能力提高.其中,Cl-占据间隙位时,其对应体系放氢能力最强.费米能级附近能隙ΔEH-L值变小,对应体系的结构稳定性降低,是提高LiAlH4体系放氢能力的根本原因.
关键词:
LiAlH4
,
Cl
,
结构稳定性
,
解氢性能
张健
,
汤旺
,
邵磊
,
余小峰
,
龙春光
,
陈荐
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.11.017
采用机械球磨法制备了K2 Ti6 O13晶须单独掺杂、以及K2 Ti6 O13晶须与Ni粉复合掺杂的MgH2储氢复合体系，并通过XRD ，SEM ，DSC等检测手段对其微观结构与解氢性能进行表征。结果表明：当K2 Ti6 O13晶须单独掺杂于MgH2时，K2Ti6O13晶须起到助磨细化MgH2晶粒的作用，同时还抑制了MgH2颗粒的团聚，有效降低了MgH2基体的解氢温度，且当K2Ti6O13与MgH2质量配比为3∶7时，MgH2解氢性能的改善效果尤为明显，其解氢温度较纯MgH2球磨体系降低了近75℃；此外，当K2Ti6O13晶须和Ni粉末复合掺杂于MgH2时，得益于K2Ti6O13晶须的助磨细化MgH2晶粒以及Ni固溶于MgH2晶格致使其结构稳定性降低的双重作用，从而使得MgH2基体的解氢温度较K2 Ti6 O13晶须单独掺杂时进一步降低，相对于纯M g H2球磨体系降低了近87℃。
关键词:
MgH2
,
掺杂
,
K2Ti6O13
,
Ni
,
解氢性能
袁江
,
周惦武
,
魏红伟
中国有色金属学报
基于TiF3作为催化剂提高MgH2解氢性能的实验结果,采用基于密度泛函理论的Dmol3程序包,计算从MgH2体系中移走H原子所需能量及几何、电子结构的改变,探讨TiF3对MgH2体系解氢热力学影响及提高其解氢性能的机理.结果表明:Ti替代Mg,体系中Ti-H的成键作用比Mg-H强,Ti将MgH2中的H吸附到其周围,导致MgH2中Mg周围的H减少;创造Mg空位,随着温度的提高,体系中H—H之间的键长变短,两者情形均利于提高MgH2体系的热力学行为.创造Mg空位所需能量(6.65 eV)高于Ti替代Mg的能量(2.34 eV),表明低温下,Ti替代Mg对MgH2体系解氢更为有利,至此TiF3中的Ti替代MgH2中的Mg,利于加快化学反应的进行,使结构稳定的MgH2发生转变,生成结构不稳定的TiH2,这样体系解氢过程不是通过MgH2,而是转化为TiH2进行,因此TiF3可提高MgH2体系的解氢性能.
关键词:
MgH2
,
TiF3
,
密度泛函理论
,
解氢性能
