论文部分内容阅读
随着全球石油资源的不断消耗,石油资源的缺乏以及石油污染的问题日益严重,因此发展一种新型的清洁能源成为全世界所面临的的一个重要问题。氢是一种理想的能源载体,被认为可用于未来的运输,例如汽车应用。在这种情况下,氢的存储是发展氢经济的主要挑战之一。Li3N储氢体系由于其较高的储氢量,一直是储氢的研究课题,而TiH2作为储氢介质最近也受到了广泛的关注。理论计算研究对于理解储氢机理有着重要的作用,同时纳米尺度的反应可以降低反应进行的条件,因此对于不同类型氢化物团簇结构的研究至关重要。本文以密度泛函理论为基础,分别结合Coalescence Kick(CK)以及人工蜂群算法搜索并且得到了(Li3N)nH2(n=2-6)团簇以及(TiH2)5n(n=2-11)团簇可能的最低能量结构,并且研究了其结构以及电子性质。通过我们的分析,我们得到了下面两点结论。(1)通过计算(Li3N)nH2(n=2-6)团簇的总结合能我们发现所有团簇的总结和能均为负值,这表明了团簇的稳定性。同时我们分析了团簇中的键长信息。通过NBO电荷以及电子局域函数分析我们发现Li-N键呈现离子键特性,N-H键呈现出共价键特性。通过分析团簇中的振动频率我们发现在所有的团簇当中主要在两个区域出现了不同程度的峰值。其中在52.80-1135.30cm-1范围内其主要振动模式是L-N-H之间的弯曲振动,在3360.76-3464.40cm-1范围内主要是N-H键的伸缩振动。(2)通过比较(TiH2)5n(n=2-11)的平均结合能我们,所有团簇的平均结合能均为负值,同时发现大尺寸的团簇(35≤n≤55)相较于小尺寸的团簇(10<n≤35)更加稳定。同时我们也对团簇的键长与配位数进行了计算并与TiH2晶体相比较,进一步表明了我们所得到的团簇结构的合理性。通过计算团簇的HOMO-LUMO能隙我们发现随着团簇尺寸的增大其化学活性也逐渐提高。同时团簇(TiH2)55的HOMO-LUMO能隙值最低,这表明(TiH2)55拥有比较高的化学活性。通过对Ti50H100,Ti35H70,Ti10H20团簇的的态密度以及COHP分析我们发现在-9eV至-3eV附近之间Ti,H之间都存在着一定的成键作用,同时在费米能级附近基本不存在成键作用。最后对Ti50H100,Ti35H70,Ti10H20的HOMO,LUMO以及成键轨道进行分析我们发现Ti10H20团簇在成键最高峰处形成大π键。