氫具有最簡單的電子結(jié)構(gòu),理論工作預(yù)測在足夠高的壓力下固態(tài)氫可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傧?金屬氫可能有著極高的能量密度和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度,因而金屬氫的研究倍受矚目。大量的實驗證明了在300 GPa時固體氫仍然沒有發(fā)生金屬化,而最近實驗報道在495 GPa觀測到了金屬氫的存在,但這一結(jié)果還有待進一步驗證。如此高的壓力在實驗中是一個極大的挑戰(zhàn),降低固體氫的金屬化壓力點也成為了研究課題。N.W.Ashcroft在2004年首次提出化學(xué)預(yù)壓的概念,即在富氫化合物中的非氫原子在晶格中對氫原子存在著擠壓效果,因而可以有效地降低固體氫金屬化壓力點。因而本工作針對副族金屬氫化物進行了高壓下的合成及性質(zhì)研究。此外,氫能源作為清結(jié)能源,也有其自身儲存問題的限制,因而我們對富氫材料硼氫化鈣進行了高壓下的性質(zhì)研究。本文對副族金屬氫化物Ce-H,Y-H,Ru-H三體系進行了高壓合成及性質(zhì)研究,結(jié)合了原位高壓同步輻射X射線衍射技術(shù)與第一性原理計算,在Ce-H體系中成功合成出了一系列鈰氫化物;在Y-H體系中合成出了YH3;在Ru-H體系中成功合成出了Ru H,這一系列氫化物的合成及性質(zhì)研究,為在氫化物中尋找金屬氫以及高溫超導(dǎo)體提供了重要的實驗依據(jù)。另外選取了典型的富氫材料硼氫化鈣,結(jié)合原位高壓同步輻射X射線衍射與拉曼光譜技術(shù),對其高壓下的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進行了研究,具體獲得了如下的創(chuàng)新成果:1.我們通過鈰和氫氣在壓力的作用下直接化合,成功地合成了一系列鈰氫化物。Ce H3-Fm-3m,Ce H3-Pm-3n,Ce H4-I4/mmm,Ce H9-x與Ce H9-P63/mmc是在不加熱壓縮路徑中壓力為3 GPa,33 GPa,62 GPa,80 GPa,103 GPa時依次成功合成,鈰氫化物的化學(xué)配比將隨著壓力的增加而增加。β-UH3-Ce H3-Pm-3n是在激光加熱路徑中在33 GPa激光加熱至1500 K成功合成。其中Ce H9-P63/mmc有奇特的H29籠狀結(jié)構(gòu)。Ce H9的最近鄰氫原子距離是所有合成氫化物當中與理論計算金屬氫的最近鄰氫原子距離最為接近的氫化物。Ce H9的電子局域函數(shù)表明了Ce-H之間的離子鍵及H-H之間的弱共價鍵。Ce H9的電子能帶結(jié)果確定了其金屬性,態(tài)密度的計算確定了氫在費米面處顯著的貢獻。我們的實驗為鈰氫化物的合成提供了一條簡便的路徑,在Ce H9中,由非氫元素原子穩(wěn)了類原子氫的亞晶格,為我們提供了一種低壓路徑合成金屬氫。2.在35.2 GPa通過激光加熱的方法成功合成了面心立方結(jié)構(gòu)的YH3,并且該相穩(wěn)定至70.3 GPa。初步探索了YH3高壓下的合成條件及相穩(wěn)定性,為之后合成具有高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的高配比釔氫化物做基礎(chǔ)。3.通過單質(zhì)Ru與H2在23.5 GPa時合成了理論預(yù)測的Ru H,激光加熱也使得反應(yīng)更為充分。在30 GPa和2000K的條件下并未合成出理論預(yù)測出的Ru H6結(jié)構(gòu),Ru H6的合成可能需要更為苛刻的實驗條件。4.通過拉曼光譜和同步輻射XRD實驗研究了Ca(BH4)2在高壓下的物理行為,給出了高壓新相的結(jié)構(gòu)。XRD圖譜和拉曼光譜均證實了α相的壓致結(jié)構(gòu)相變。高壓新相與理論預(yù)測的C2/c結(jié)構(gòu)一致。在XRD實驗中,我們發(fā)現(xiàn)了較大的相變區(qū)間2.36 GPa至7.97 GPa,以及3.84%的體積塌縮。我們在拉曼光譜中3.59GPa時也同樣發(fā)現(xiàn)了該相變。此外,另一個始初相γ相穩(wěn)定至13.8 GPa,并且在13.8 GPa以上時出現(xiàn)非晶化。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O611.6
【部分圖文】：

1 高壓物理學(xué)高壓物理學(xué)在凝聚態(tài)物理學(xué)，化學(xué)，材料，地球科學(xué)等研究領(lǐng)域有著極的應(yīng)用，高壓實驗也成為一種重要的研究手段。因為高壓的產(chǎn)生以及在高多物理量的測量都需要系統(tǒng)的實驗技術(shù)與方法，所以高壓物理也被歸為一，主要研究物質(zhì)高壓下的物理行為。高壓的狀態(tài)也普遍存在于自然界中，以改變物質(zhì)的的狀態(tài)，而相比于溫度對物質(zhì)的影響，壓力具有更大的可控范以有效地對物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)進行壓致調(diào)控。物質(zhì)在壓力的作用豐富的物理行為，理論上，在 100GPa 以下，平均每種物質(zhì)會發(fā)生五次結(jié)，這使得物質(zhì)尋找得到了極大的拓展。就水分子而言（圖 1.1），水的結(jié)構(gòu)余種，據(jù)有極為豐富的相圖。

圖 1.2 氫的相圖化物研究現(xiàn)狀據(jù) BCS 理論推測，金屬氫有望成為室溫超導(dǎo)體，而金屬氫有可能以常壓，因此金屬氫的研究有其重要的意義�？蒲泄ぷ髡哌M行了大量壓力也逐步提高，目前可靠的實驗壓力達到了 360GPa，固體氫仍

圖 1.4 H3S 超導(dǎo)電性的電學(xué)測量鹵素氫化物中，理論工作指出 HF 可以穩(wěn)定至 300GPa，其它配比 H2F，HF 和 H5F 均為亞穩(wěn)相[82]；H-Cl 體系中 HCl，H2Cl，H3Cl，H5Cl 和 H7Cl 都定存在[82-85]；HBr的計算結(jié)果表明在64GPa以上會分解成H2Br和單質(zhì)Br2[驗工作在 HBr 氫鍵對稱化之后，也測得了單質(zhì) Br2的拉曼光譜[87]；對于 H，理論工作指出 HI 在 6.7GPa 會分解為單質(zhì) I2和 H2。在加壓至 20GPa 時 H2又可形成 H5I，而在 114GPa 時，H5I 又分解為 H4I 和 H2[88,89]。在實驗，J. Binns 等人通過單 I2與 H2室溫下 0.2 GPa 成功合成 HI，壓力加至 11，就會再次解成兩單質(zhì)[90]。隨后他們又在 25 GPa 時，通過激光加熱生(H2)13[91]。惰性氣體有在高壓下也可以行成不同配比的化合物，如單質(zhì) A
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐詩雅;傅堯;郭慶祥;;鉻族金屬氫化物中M—H鍵鍵能的從頭計算[J];化學(xué)學(xué)報;2012年18期

2 聶雪麗;呂彥力;龔毅;張文慧;栗富國;;汽車發(fā)動機熱水驅(qū)動的金屬氫化物制冷循環(huán)[J];汽車與配件;2010年03期

3 樂傳俊;顧黎萍;何仁;朱赟;;過渡金屬氫化物的合成方法[J];化學(xué)通報;2009年08期

4 ;汽車用金屬氫化物空調(diào)的開發(fā)與應(yīng)用[J];新材料產(chǎn)業(yè);2004年02期

5 ;汽車用金屬氫化物空調(diào)的開發(fā)與應(yīng)用[J];新材料產(chǎn)業(yè);2004年06期

6 郭自強;電動車用金屬氫化物-鎳電池[J];電源技術(shù);2001年03期

7 褚德威,趙力,張翠芬;金屬氫化物/鎳電池預(yù)充電新方法的探索[J];電池;1999年03期

8 袁華堂,高學(xué)平,楊化濱,宋德瑛,張允什,申泮文;我國金屬氫化物化學(xué)研究[J];化學(xué)通報;1999年11期

9 馬捷，宋振方，王亞叢，蘇永康;金屬氫化物吸附和脫附過程的數(shù)值分析[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;1999年08期

10 郭自強;電動車用鎳—金屬氫化物電池[J];船電技術(shù);1999年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李鑫;高壓下典型副族金屬氫化物與硼氫化鈣的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2018年

2 傅凱;新型高容量金屬氫化物電極的設(shè)計與機理研究[D];北京科技大學(xué);2019年

3 吳剛;高壓下典型堿土金屬氫化物及模型體系鹵化物的研究[D];吉林大學(xué);2018年

4 傘曉嬌;典型金屬氫化物及其相關(guān)體系高壓行為的理論研究[D];吉林大學(xué);2008年

5 張小東;B基配位金屬氫化物的物理性質(zhì)以及儲氫性能的第一性原理研究[D];西北大學(xué);2012年

6 安辛友;堿金屬/堿土金屬氫化物高壓力學(xué)、電子與光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究[D];南京理工大學(xué);2017年

7 高小珍;環(huán)戊二烯基過渡金屬氫化物及羰基配合物的理論研究[D];北京理工大學(xué);2015年

8 李冰;（金屬—氫）體系的高壓研究[D];吉林大學(xué);2011年

9 曹湖軍;金屬氨基化合物—金屬氫化物復(fù)合體系儲氫性能的優(yōu)化及其反應(yīng)機理的研究[D];大連理工大學(xué);2014年

10 周紅衛(wèi);三甲基膦支持的新型鐵、鈷、鎳氫化合物的合成及性質(zhì)研究[D];山東大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李珊珊;螺旋細通道金屬氫化物反應(yīng)器傳熱強化及性能研究[D];西北大學(xué);2018年

2 王龍正;輕金屬氫化物在制備存儲清潔燃料氫及甲烷中的應(yīng)用研究[D];揚州大學(xué);2017年

3 王斌;金屬氫化物熱泵空調(diào)制冷循環(huán)的研究[D];天津大學(xué);2007年

4 宋亮;利用堿金屬氫化物與氣態(tài)小分子化合物反應(yīng)制備清潔燃料的研究[D];揚州大學(xué);2015年

5 肖小兵;復(fù)雜輕金屬氫化物的第一性原理研究[D];湘潭大學(xué);2009年

6 曹琳琳;金屬氫化物催化含碳氧雙鍵類物質(zhì)的理論研究[D];山東師范大學(xué);2013年

7 朱春野;三元堿金屬氫化物高壓相變的第一性原理研究[D];延邊大學(xué);2011年

8 張靜云;堿金屬氫化物高壓相變的第一性原理研究[D];吉林大學(xué);2008年

9 劉婷;金屬氫化物對Mg_2NiH_4-LiBH_4儲氫性能的影響[D];燕山大學(xué);2016年

10 辛靜靜;金屬氫化物的表面改性及應(yīng)用研究[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號：2882193