堿土金屬氫化物Ca(BH4)2高壓相變的第一性原理研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境污染和化石燃料資源日趨緊張,尋找清潔、無污染的新能源材料,已成為世界各國科學(xué)家關(guān)注的焦點。氫由于其在物理和化學(xué)方面的諸多優(yōu)勢,而被視作化石燃料的最佳替代。復(fù)雜金屬氫化物的儲氫密度高,因而具有廣闊的應(yīng)用前景。在復(fù)雜金屬氫化物中,由于Ca(BH4)2具有11.6 wt.％的儲氫量而被廣泛關(guān)注和研究。
　　近年來,在實驗和理論方面對Ca(BH4)2的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)等已做了大量研究,但是對其高壓行為的研究仍然較少。本研究采

2、用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢平面波方法,系統(tǒng)討論了高壓下三元堿土金屬氫化物Ca(BH4)2的相變行為,預(yù)測其在高壓下產(chǎn)生的新相,以及相變產(chǎn)生的物理機制,并進一步分析新相中氫解離發(fā)生的條件。本課題的研究為發(fā)現(xiàn)探索三元堿土金屬氫化物的新相和探索其高壓相的儲氫及氫的解離機制,提供參考數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。
　　研究結(jié)果表明,在壓強為3.72 GPa時,Ca(BH4)2由α-Ca(BH4)2相(空間群Fddd)轉(zhuǎn)變到β-Ca(BH4)2相

3、,其β-Ca(BH4)2相的空間群為P4,相變時發(fā)生4.6%的體積坍塌,為一級相變。計算高壓相β-Ca(BH4)2聲子譜表明該相熱動力學(xué)穩(wěn)定。電子態(tài)密度研究表明,α-Ca(BH4)2和β-Ca(BH4)2相均為寬帶隙的絕緣體,B與H原子間形成共價鍵。探究相變機制發(fā)現(xiàn),在3.72 GPa時α-Ca(BH4)2相出現(xiàn)聲子軟化,表明α-Ca(BH4)2轉(zhuǎn)變到β-Ca(BH4)2與聲子軟化有關(guān)。根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移和鍵的重疊布居分析,發(fā)現(xiàn)在α-Ca(B