Mg-Al 合金可逆吸放氢性能机理研究

Magnesium-aluminum alloy is one of the typical Mg-base hydrogen storage materials, which has been studied extensively due to its light weight, plentiful source, and low-cost synthesis et al. However, a few of hydrogen adsorption and desorption properties and reversible reaction process of magnesium-aluminum alloy hydrogen storage materials have been investigated theoretically. Therefore, in this project, we propose to study the hydrogen storage material properties of magnesium-aluminum alloy (Mg17Al12 and Mg2Al3) by using density functional theory combined with experimental methods. The crystal structure, electronic structure, hydrogen adsorption and dissociation on the alloy surface, diffusion potential energy, and reversible reaction of magnesium-aluminum alloy will be discussed. The influence of doping with other element in the alloy will be explored. From the electronic structure and chemical bonding, the mechanism for improving the hydrogen storage alloy material dynamic and thermodynamic performance will be analyzed. We hope that this project will provide a reference for further experimental and theoretical study.

镁-铝系合金是镁基储氢材料体系中具有代表的材料之一，因其质量轻，材料来源丰富、合成成本低等特点被人们广泛研究。目前，在理论上探究镁铝合金储氢材料吸放氢性能和可逆反应过程的工作甚少。因此，本课题将采用密度泛函理论结合实验的方法，从镁铝合金储氢材料（Mg17Al12和Mg2Al3）的微观结构和物理性质出发，探讨镁铝合金的晶体结构、电子结构、氢在合金表面吸附、解离、扩散过程以及合金吸放氢可逆反应过程。探索第三元素的加入对合金材料吸放氢性能的影响，以期从电子结构，化学成键情况阐明催化剂在合金中存在的形态和改善合金储氢材料动力学、热力学性能的作用机理，为进一步实验研究提供参考数据和理论指导。

系统研究了镁铝合金 Mg17Al12(100), Mg17Al12(110) 表面以及Mg17Al12块体结构的稳定性、电子结构、态密度、电荷密度、振动频率等性质。采用密度泛函理论和第一性原理计算方法分析氢吸附、解离、扩散的方式和路径。通过运用NEB 、 LST/QST 方 法 讨 论 镁 铝 合 金 吸 放 氢 逆 反 应 过 程。从微观角度分析并解释镁铝合金储氢材料在不同温度和压强下的氢存储性质。在实验方面，采用机械球磨以及浸渍等方法制备镁铝复合材料，研究了含 d电子元素及其化合物的加入对镁铝合金储氢性能的影响。结合DFT理论计算方法，我们为设计新型高效储氢材料提供坚实的理论参考。