通過第一性原理計算和原子級熱力學(xué)方法,系統(tǒng)研究H、 H₂在PuO₂和α-Pu₂O₃中的吸附、擴(kuò)散和溶解行為.研究發(fā)現(xiàn):氫的上述行為均是吸熱過程,但在α-Pu₂O₃與PuO₂中有顯著不同:在α-Pu₂O₃中H可自發(fā)聚合成H₂,但在PuO₂中H難再聚合;在α-Pu₂O₃中H、 H₂均能擴(kuò)散,通常H會聚合成H₂再擴(kuò)散,在PuO₂中H₂解離后才能擴(kuò)散,且PuO₂中H沿高勢能面的擴(kuò)散比α-Pu₂O₃中H₂擴(kuò)散更容易;在氫壓、溫度驅(qū)動下,氫在α-Pu₂O₃中存在H₂溶解到H+H<... 

【文章來源】：計算物理. 2020,37(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

PuO2和α-Pu2O3的結(jié)構(gòu)(彩色球代表O原子.)

基于以上結(jié)構(gòu)分析,進(jìn)行氫在PuO2和α-Pu2O3中吸附行為的研究. 計算過程中,考慮了氫的可能吸附構(gòu)型,最穩(wěn)定吸附構(gòu)型及吸附能如圖2. 研究發(fā)現(xiàn),H在PuO2和α-Pu2O3中的吸附都是吸熱的,且氫在PuO2中的吸附能較低. 為了確定氫在PuO2和α-Pu2O3中的最穩(wěn)定吸附形態(tài)是H還是H2,分別對PuO2和α-Pu2O3中H2的吸附、 H聚合成H2的勢壘進(jìn)行比較. 研究發(fā)現(xiàn):H2吸附在α-Pu2O3中的吸附能比在PuO2中低,且在α-Pu2O3中H會自發(fā)結(jié)合成H2; 而在PuO2中H結(jié)合成H2的勢壘高達(dá)1.27 eV. 因此,PuO2中氫以H原子的形態(tài)存在; 在α-Pu2O3中氫主要以H2形態(tài)存在,且H傾向于結(jié)合成H2. 此結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)了之前的理論研究,H是以原子的形態(tài)從PuO2擴(kuò)散入α-Pu2O3中.2.2 氫的擴(kuò)散行為

氫在PuO2中主要以H的形態(tài)存在,我們主要考慮H在PuO2中的擴(kuò)散行為. 如圖3所示,H在PuO2中的擴(kuò)散主要分為兩步:首先H從最穩(wěn)定吸附位置(IS1)擴(kuò)散到相鄰的四面體方包內(nèi)(FS1/IS2); 再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)進(jìn)入下一個擴(kuò)散周期(FS2). 計算發(fā)現(xiàn)H在PuO2中擴(kuò)散勢壘僅為0.13 eV.圖4 氫在α-Pu2O3中的擴(kuò)散路徑及擴(kuò)散勢壘 (TSn-(n+1)表示第n步與(n+1)步之間的過渡態(tài)結(jié)構(gòu).)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氫狀態(tài)方程的路徑積分蒙特卡羅研究[J]. 張其黎,劉海風(fēng),李瓊,宋紅州,張弓木.  計算物理. 2019(04)
[2]Ga摻雜δ-Pu的密度泛函理論計算[J]. 李大偉,高云亮,朱芫江,李進(jìn)平.  計算物理. 2018(04)
[3]水在二氧化钚表面吸附行為的模擬[J]. 陳丕恒,董平,白彬,李炬.  計算物理. 2009(05)



本文編號：3046228