金属硼氢化物储氢结构效应的第一性原理研究

Recently, special attention is given to metal borohydrides due to their high hydrogen storage capacity. However, the strong interactions between atoms bring the high thermal stability, slow reaction kinetics and poor reversibility of metal borohydrides. In the present study, the hydrogen storage properties of metal borohydrides have been studied using the first-priciples calculation based on the experiments. The effect of catalysts, dopants and defects on the atomic bonds, and the hydrogen absorption/desorption on the atom surface are investigated. Moreover, the enthalpy and the intermediate phases of the hydrogenation/dehydrogenation chemistry reaction are studied, follwed with the discussion on the relationship between the potential barrier and the working condition. We aim at providing valuable theory for the design and preparation of metal borohydrides.

金属硼氢化物作为一种新型的轻质高容量储氢材料，近年来倍受研究学者关注。然而，材料原子价健间的强烈相互作用，导致脱/加氢温度过高、速率过慢、可逆性能差。本项目基于硼氢化物储氢的结构效应，以实验工作为依据，通过第一性原理计算，一方面，研究催化、掺杂、缺陷对原子价健的改善作用，剖析氢原子在表面的吸附/脱附行为；另一方面，计算吸/放氢化学反应焓变，解读反应过渡态，阐明反应势垒与反应工作条件的相关性。研究力图为金属硼氢化物的优化设计、制备提供有价值的理论参考。

具有高容量的金属硼氢化物被认为是一种有望应用于燃料电池汽车储氢体系的候选材料。然而，由于结构过于稳定，金属硼氢化物的可逆储氢往往需要高温/高压条件。为克服这一缺点，掺杂/复合作为有效方式广泛应用于金属硼氢化物体系。本项目旨在通过基于密度泛函理论的第一性原理计算，揭示金属硼氢化物储氢能力提高的掺杂/复合结构机制，主要工作包括：（1）通过调变掺杂成分、位置以及浓度制备系列金属硼氢化物（LiBH4）掺杂体系，分析体系的掺杂占位能、氢解离能、态密度、Mulliken电荷布局以及能带结构，讨论氢空位（氢缺陷）对体系原子间作用的影响，提出金属硼氢化物脱氢的掺杂效应；（2）通过掺杂方式构建金属硼氢化物复合体系（LiBH4-MgH2）的可能脱氢模式，对比研究不同模式的脱氢能耗以及电子结构特征，提出复合体系脱氢的最佳进行方向。项目研究为制备高性能的金属硼氢化物体系提供了有价值的理论参考。