發(fā)布時間：2017-12-16 19:27

  本文關鍵詞：氫在過渡金屬鈀中擴散性質(zhì)的第一性原理研究

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【摘要】：能源的開發(fā)與環(huán)保問題越來越受到世界各國的關注。氫能是非常具有發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗?改善氫化物的儲氫性能是新能源領域的重要研究鄰域,開展相關理論研究迫在眉睫。研究表明,金屬氫化物可作為能量儲存材料,而且當氫進入金屬體相后,金屬的磁性、超導性等一些性質(zhì)將會發(fā)生改變。為此,金屬-氫體系的研究已成為近來最具影響力的研究領域之一,具有較強的現(xiàn)實應用價值。密度泛函理論已在凝聚態(tài)電子結(jié)構(gòu)計算中成為主要的工具。在近幾十年的時間中,關于氫在金屬和其它固體中物理性質(zhì)的基于密度泛函理論的第一性原理計算已經(jīng)得到廣泛的研究。本論文采用基于密度泛函理論的第一性原理研究方法,對氫原子在面心立方結(jié)構(gòu)過渡金屬鈀原胞中的擴散性質(zhì)進行了研究。首先,我們研究了氫原子在面心立方結(jié)構(gòu)過渡金屬鈀中的間隙位置的嵌入能以及沿著不同路徑擴散時的活化能。計算結(jié)果表明,氫原子最穩(wěn)定的嵌入位置是八面體間隙位置,氫原子次穩(wěn)定存在位置是四面體間隙位置,其嵌入能分別是-2.4346eV和-2.1283eV。通過計算最穩(wěn)定的八面體間隙位置之間擴散時不同路徑的活化能,我們得出氫原子在過渡金屬鈀中最可能的擴散路徑是八面體間隙位置-四面體間隙位置-八面體間隙位置(O-T-O)的間接擴散路徑。其次,我們研究了氫原子在面心立方結(jié)構(gòu)的過渡金屬鈀原胞中擴散時的磁矩和電子結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)在兩條直接的八面體間隙位置-八面體間隙位置(O-O)擴散路徑中,磁矩變化完全相同,即八面體間隙位置磁矩最大,而鞍點位置磁矩最小。在間接擴散路徑中可得出同樣的結(jié)論,只是鞍點位置有兩個,對稱的分布在八面體間隙位置和四面體間隙位置之間,相應的四面體間隙位置的磁矩是個局域的極大點。磁矩的大小主要取決于氫原子和鈀原子之間的距離。同時,我們給出了氫原子位于幾個特殊位置時的態(tài)密度分布,結(jié)果表明,費米能級附近的態(tài)密度主要來源于鈀原子的4d電子,金屬鈀中加入氫原子后在-10.0eV到-6.0eV能量范圍內(nèi)出現(xiàn)了明顯的態(tài)密度分布,而且單個氫原子在金屬Pd中沿著O-T-O路徑擴散時,在鞍點位置和四面體間隙位置的態(tài)密度峰值最大,與O-T-O擴散路徑是最可能擴散路徑的結(jié)果一致。最后,我們研究了在過渡金屬鈀原胞內(nèi)加入一個氫原子時體系的磁矩隨原胞體積的變化關系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當氫原子在過渡金屬鈀的八面體間隙位置時,體系出現(xiàn)了“磁致伸縮”效應,即隨著原胞體積的變化,磁距有“低磁距-小體積”到“高磁距-大體積”變化的規(guī)律。當氫原子位于過渡金屬鈀的四面體間隙位置時,隨著原胞體積的增加,鈀原子的磁矩沒有明顯的變化,這與過渡金屬鈀中磁矩隨原胞體積的變化關系一致。而且,最近鄰的鈀-氫原子的間距越小,體系的磁距也越��；最近鄰的鈀-氫原子的間距越大,體系的磁距也越大。
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O469

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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本文編號：1297195