三元金属氢化物Mg(BH4)2高压相变的第一性原理研究

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金属硼氢化物因具有高质量的储氢密度,在一定条件下容易吸收和释放出氢,适合应用在燃料电池和储氢材料.因其价格低廉、质量较轻等优势,被认为是最有应用前景的储氢材料之一.在众多金属硼氢化物中,因Mg(BH4)2含氢质量比为14.8wt%而受到广泛关注.  三元金属氢化物Mg(BH4)2的晶体结构和性质已经有大量的研究,但该物质在高压下的结构和性质的报道却很少.本文基于密度泛函理论的第一性原理中赝势平面波方法,对金属氢化物Mg(BH4)2性质进行细致的分析研究,寻找加压前后结构性质的变化.通过对密立根布居分析的研究找到原子间电荷的转移和成键行为.  计算结果表明,当压强达到0.64GPa时,Mg(BH4)2发生结构相变生成新相β-Mg(BH4)2,其空间群为I41/amd,该结构具有稳定的声子谱,该相变为一级相变.分析电子态密度结果表明,α-Mg(BH4)2和β-Mg(BH4)2都是宽带隙的绝缘体,B原子和H原子的轨道电子在价带中有杂化现象,形成稳定的化学键.密立根布居分析结果表明,α-Mg(BH4)2和β-Mg(BH4)2结构中Mg2+和[BH4]-基团存在离子相互作用.当压力从0 GPa增加到0.64 GPa,虽然B-H原子间键长变化不明显,但是B原子的s和p电子态与H原子的s电子态的杂化增强,使得高压相β-Mg(BH4)2结构的BOPSB-H大于常压相的值.因此,高压相B和H原子之间具有更强的共价特征,H原子更难解离.光学性质的研究发现,在压强的作用下α-Mg(BH4)2的光学性质变化不明显;与常压相相比较,在较低的能量区域,高压相β-Mg(BH4)2具有较强的吸收峰.为实验研究Mg(BH4)2的高压相变提供重要的理论依据.
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