電場中LiF分子吸附H 2 的理論研究
發(fā)布時間：2021-06-30 08:41
采用密度泛函理論方法研究了電場中H2在LiF分子上的吸附行為.結(jié)果表明,無電場時,H2能在Li與F原子上形成弱的物理吸附.外加電場可顯著提高其吸附強度, H2在Li/F上的吸附能由無電場時的-0.112/-0.122eV提高到場強為0.005 a. u.時的-0.122/-0.171 eV, H2吸附在F上時更穩(wěn)定.利用分子中的原子量子理論（QTAIM）方法研究了電場增強吸附的機理,表明電場促進了H2與LiF間的電荷轉(zhuǎn)移,同時使LiF及H2極化,增強了其間的靜電作用,從而提高了吸附強度.電場中LiF最多能吸附10個H2,相應(yīng)的質(zhì)量密度達43.5 wt%.表明電場誘導(dǎo)LiF材料吸附H2是一種具有潛力的儲氫方法.
【文章來源】：原子與分子物理學(xué)報. 2020,37(02)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
不同場強下H2 吸附在LiF分子上的穩(wěn)定結(jié)構(gòu). 白色球Li原子,黑色球F原子,橙色球H原子.
表2 H2在LiF上吸附結(jié)構(gòu)的拓撲參數(shù)Table 2 The topological parameters for the adsorption structures of H2 on LiF . F/a. u. H2 on Li H2 on F BCP ρ ?2ρ H(r) ELF BCP ρ ?2ρ H(r) ELF 0.000 Li -F 0.074 0.737 0.025 0.052 Li -F 0.072 0.719 0.025 0.061 H-H 0.259 -1.044 -0.261 1.000 H-H 0.256 -1.029 -0.258 1.000 Li -H 0.009 0.046 0.004 0.016 Li -H 0.017 0.057 0.002 0.049 0.005 Li -F 0.071 0.702 0.024 0.051 Li -F 0.069 0.688 0.024 0.051 H-H 0.258 -1.040 -0.260 0.999 H-H 0.254 -1.015 -0.255 0.999 Li -H 0.011 0.048 0.003 0.018 Li -H 0.019 0.066 0.001 0.053約化密度梯度(RDG(r))是研究弱相互作用的有力工具,其定義為:
對一個體系,當(dāng)某些位置的ρ(r)和RDG(r)均較小時,對應(yīng)于弱相互作用區(qū)域. 電場中LiF 吸附體系的RDG(r)如圖3所示. 無論在Li還是F上, H2與Li和F原子間均出現(xiàn)紫色的弱相互作用區(qū)域,表明H2與Li/F間確實存在弱相互作用,這與拓撲分析的結(jié)果一致.如何知道這兩個弱相互作用的類型?根據(jù)QTAIM理論,BCP電子密度Hessian矩陣的第二個本征值(λ2)為負值. 同時弱相互作用強度與ρ(r)相關(guān),如范德華作用具有很小的ρ(r),而位阻效應(yīng)等互斥作用則具有相對較大的ρ(r). 因此λ2的正負號(記為[λ2])與ρ(r)的乘積(記為[λ2]ρ(r))可作為確定弱相互作用類型的指標函數(shù). 利用[λ2]ρ(r)結(jié)合RDG(r),不僅可以定位體系中弱相互作用的位置,同時也能確定弱相互作用的類型. 利用[λ2]ρ(r)值對RDG(r)等能面進行填色,只需考察弱相互作用區(qū)域的顏色,即可確定其類型. 藍色表示氫鍵、鹵鍵等具有較強吸引的相互作用;綠色表示范德華吸引作用;而紅色則表示位阻效應(yīng)對應(yīng)的互斥作用. 電場中Li/F吸附H2體系的RDG(r)等能面填色圖如圖4所示. 由圖可見, H2與Li/F原子間是綠色的弱相互作用區(qū)域,表明其間是范德華吸引作用.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]外電場作用下CF3I分子結(jié)構(gòu)特性及性質(zhì)[J]. 李亞莎,劉國成,劉志鵬,謝云龍,徐程. 原子與分子物理學(xué)報. 2019(02)
[2]外電場下GaN的特性研究[J]. 楊敏,吳永剛,徐梅,令狐榮鋒. 原子與分子物理學(xué)報. 2018(03)
[3]LiF分子在外電場中的物理性質(zhì)研究[J]. 徐梅,令狐榮鋒,李應(yīng)發(fā),楊向東,王曉璐. 物理學(xué)報. 2012(09)
[4]Effect of vacancy defect on electrical properties of chiral single-walled carbon nanotube under external electrical field[J]. 羅煜聘,田力耕,蔡春鴻,李明憲,李豐穎. Chinese Physics B. 2011(01)
本文編號：3257425
【文章來源】：原子與分子物理學(xué)報. 2020,37(02)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
不同場強下H2 吸附在LiF分子上的穩(wěn)定結(jié)構(gòu). 白色球Li原子,黑色球F原子,橙色球H原子.
表2 H2在LiF上吸附結(jié)構(gòu)的拓撲參數(shù)Table 2 The topological parameters for the adsorption structures of H2 on LiF . F/a. u. H2 on Li H2 on F BCP ρ ?2ρ H(r) ELF BCP ρ ?2ρ H(r) ELF 0.000 Li -F 0.074 0.737 0.025 0.052 Li -F 0.072 0.719 0.025 0.061 H-H 0.259 -1.044 -0.261 1.000 H-H 0.256 -1.029 -0.258 1.000 Li -H 0.009 0.046 0.004 0.016 Li -H 0.017 0.057 0.002 0.049 0.005 Li -F 0.071 0.702 0.024 0.051 Li -F 0.069 0.688 0.024 0.051 H-H 0.258 -1.040 -0.260 0.999 H-H 0.254 -1.015 -0.255 0.999 Li -H 0.011 0.048 0.003 0.018 Li -H 0.019 0.066 0.001 0.053約化密度梯度(RDG(r))是研究弱相互作用的有力工具,其定義為:
對一個體系,當(dāng)某些位置的ρ(r)和RDG(r)均較小時,對應(yīng)于弱相互作用區(qū)域. 電場中LiF 吸附體系的RDG(r)如圖3所示. 無論在Li還是F上, H2與Li和F原子間均出現(xiàn)紫色的弱相互作用區(qū)域,表明H2與Li/F間確實存在弱相互作用,這與拓撲分析的結(jié)果一致.如何知道這兩個弱相互作用的類型?根據(jù)QTAIM理論,BCP電子密度Hessian矩陣的第二個本征值(λ2)為負值. 同時弱相互作用強度與ρ(r)相關(guān),如范德華作用具有很小的ρ(r),而位阻效應(yīng)等互斥作用則具有相對較大的ρ(r). 因此λ2的正負號(記為[λ2])與ρ(r)的乘積(記為[λ2]ρ(r))可作為確定弱相互作用類型的指標函數(shù). 利用[λ2]ρ(r)結(jié)合RDG(r),不僅可以定位體系中弱相互作用的位置,同時也能確定弱相互作用的類型. 利用[λ2]ρ(r)值對RDG(r)等能面進行填色,只需考察弱相互作用區(qū)域的顏色,即可確定其類型. 藍色表示氫鍵、鹵鍵等具有較強吸引的相互作用;綠色表示范德華吸引作用;而紅色則表示位阻效應(yīng)對應(yīng)的互斥作用. 電場中Li/F吸附H2體系的RDG(r)等能面填色圖如圖4所示. 由圖可見, H2與Li/F原子間是綠色的弱相互作用區(qū)域,表明其間是范德華吸引作用.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]外電場作用下CF3I分子結(jié)構(gòu)特性及性質(zhì)[J]. 李亞莎,劉國成,劉志鵬,謝云龍,徐程. 原子與分子物理學(xué)報. 2019(02)
[2]外電場下GaN的特性研究[J]. 楊敏,吳永剛,徐梅,令狐榮鋒. 原子與分子物理學(xué)報. 2018(03)
[3]LiF分子在外電場中的物理性質(zhì)研究[J]. 徐梅,令狐榮鋒,李應(yīng)發(fā),楊向東,王曉璐. 物理學(xué)報. 2012(09)
[4]Effect of vacancy defect on electrical properties of chiral single-walled carbon nanotube under external electrical field[J]. 羅煜聘,田力耕,蔡春鴻,李明憲,李豐穎. Chinese Physics B. 2011(01)
本文編號：3257425
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