碱金属硼氢化物相变与热力学性能的理论研究

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人类社会经济的高速发展离不开各种巨量又高效的能源和通过其带动的生产机器,因此探索一种可不断再生且安全无污染的能源形式,是不断发展社会生产力并最终实现共产主义的不可或缺的必要条件。在各种新兴的能源之中,氢能源凭借着其较高比能量、可循环利用、对环境不产生额外污染等优点从而成为了最具发展潜力的未来能源之一。但是受限于氢元素的储存及其运输等技术问题,目前以氢元素为储能介质的设备的发展仍然存在的很大的困难。然而碱金属的配位硼氢化物因同时具备了储氢比容量高、合成原料来源广且便宜、便于运输及储存等优点,引起了众多研究人员对将其应用于实际工程生产中的研究热情。在此背景下,本文运用了基于第一性原理的密度泛函理论的方法对包括钠硼氢化物、钾硼氢化物、锂硼氢化物的各种热力学与电学性质进行了计算与分析,同样也对其掺杂之后的各种性质进行了计算,并与其未掺杂时的各种性质进行了比较,同时讨论了造成这些性质差异的微观机理。研究结果表明:(1)碱金属硼氢化物中硼氢四面体的转动能垒会随着外加压力的增大而增大,由此造成硼氢化物高温无序相形成更困难,相变温度也随之升高的现象,因此硼氢化物的相变温度和其相变压力成反比。(2)碱金属硼氢化物中金属离子的半径大小也会影响硼氢四面体的转动能垒大小,金属离子的半径越大,对硼氢四面体转动的阻碍也越大,因此该晶体所需的相变压力也会较低。(3)锂硼氢化物的高温相与低温相所具有的不同的熵随着掺杂浓度的增大而更容易趋近于一致,因此提高掺杂浓度将会使晶体的相变温度降低。(4)锂硼氢化物晶体的带隙大小会随着掺杂浓度的增大而减小,使得导带更易激发出更多的载流子,因此晶体的电导率会随着掺杂浓度的增大而大。
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