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B-N-H化合物非常适合储氢,因为,B和N都是轻质元素,且每一个NHx、BHx上都能包含多个H,能满足车载储氢材料对体积分数和质量分数的要求;N-H中有趋于带一个负电荷的H,B-H中有趋于带一个正电荷的H,这两种H可以很好的结合,非常容易释放氢;有安全储氢所必需的稳定性;氢的释放是动力学可控的,并且能在低温和适中的压强下发生。
本文用第一性原理计算了NH4BH4(岩盐结构,空间群为Fm-3m),NH3BH3(正交晶系,空间群为Pmn21),[BH2(NH3)2][BH4](四方晶系,空间群是I4/mcm)的晶体结构、电子结构和脱氢能量,并对三种物质的晶体结构、电子结构和脱氢能量进行了对比研究分析。主要内容及创新点有以下几个方面:
(1)针对NH4BH4的B、N上H原子所构成的四面体的位置结构,把岩盐结构的NH4BH4分为了角对面、面对面、棱对棱三种结构,对这三种晶体结构进行了优化。结果显示棱对棱的NH4BH4结构最稳定。计算了其电子态密度、电子局域函数和脱氢能量。结果显示,BH4和NH4团簇局域性非常强,BH4、NH4团簇中B-H键和N-H键是共价键;价带顶端主要是BH4团簇中电子相互作用贡献的。BH4的脱氢能量比NH4的低。
(2)优化了NH3BH3的晶格结构,计算了其电子态密度、电子局域函数和脱氢能量。从电子态密度和电子局域函数的分析中发现,价带顶端主要是由BH3团簇的电子作用贡献的,BH3的脱氢能量低于NH3的脱氢能量。
(3)[BH2(NH3)2][BH4]电子态密度和电子局域图显示,各个原子的电子局域性相对较弱,价带顶端主要是由BH4团簇电子相互作用贡献的。脱氢能量结果显示,BH4中脱氢能量最低。
(4)对比这三种物质的电子态密度和脱氢能量发现,价带展宽NH4BH4<NH3BH3<[BH2(NH3)2][BH4],脱氢能量NH4BH4>NH3BH3>[BH2(NH3)2][BH4]。
文章从晶体结构、电子结构和脱氢能量方面对比分析了这三种物质出现前面所述各种结果和差异的原因,为其以后的研究工作提供一定的理论依据和参考。