H2在MgO团簇吸附的从头计算研究

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氢作为一种重要的能源已经成为了人们的共识,实现氢能源的实际运用面临着一些技术上的难题,解决问题的关键在于找到一种理想的储氢材料。对储氢材料的研究方向主要在以下三个方面,1)研究控制键长、动力学、热力学、吸附和解吸附行为的机理以及多次循环运用后储氢材料老化的原因;2)运用这些基本原则改善已知的储氢材料性能;3)识别新的储氢材料,改良这些材料的特征已满足实际需要。团簇由于尺寸在原子和宏观体系之间,本身性质具有多样性和奇异性,因此成为实验和理论研究的重要对象。通过研究团簇对H2分子的吸附性能,寻找高性能的储氢材料,也是科研工作的一项重要内容。本文从第一原理出发,用量子化学密度泛函理论(DFT)方法的B3LYP/6-31G对H2在岩盐结构(MgO)9、12和管状结构(MgO)12团簇表面的吸附情况进行研究。首先对设计的吸附结构进行完全优化及频率计算,对存在的虚频进行简正模式分析并消去虚频得到稳定结构,并讨论了其稳定吸附结构的吸附性能;接着分析了H2分子吸附在(MgO)n团簇上的分子轨道特征;最后考查了吸附的H2分子在(MgO)12上的脱附过程。结果表明H2可以在处于团簇不同位置的Mg正离子或氧负离子上发生物理吸附;在Mg离子上H2以侧位方式吸附并向Mg转移电子,在O离子上H2以端位方式吸附并被明显极化。吸附的稳定性主要依赖于吸附离子的位置即配位数,Mg/O离子的配位数越低则吸附越强;在配位数相同时,H2在Mg离子上的吸附强于在O离子上的吸附。随吸附位置的不同,吸附能在0.03-0.08eV。计算结果与最近H2在MgO块体表面吸附的实验结果一致。
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