Co掺杂镧镍合金及氢化物的第一性原理研究.pdfVIP

第39卷 第8期 稀有金属材料与工程 C01．39，No．8 RAREMETALMATERIAI，SANDENGINEERING 2010 2010芷 8月 August Co掺杂镧镍合金及氢化物的第一性原理研究 刘显坤1,2，刘颖1，郑 洲2，代君龙2 (1．四川大学，四川成都610065) (2．中国工程物理研究院，四川绵阳621900) 贮氢合金及其氢化物的晶体结构、电子结构和成键特性，获得了其总体能量、能带结构、态密度以及Mullikcn布居值； 金a轴膨胀大于c轴膨胀。 5H；第一原理：晶体结构；电子结构 关键词：LaNh．5Coo 中图法分类号：TGl39+．7 文献标识码：A 文章编号：1002一185X(2010)08·1348·06 贮氢材料作为一种多用途材料，早已引起人们的普 密度fll】；采用密度泛函理论和线性缀加平面波方法开 遍关注，不论是在工业、农业，还是在航空、航天、军 展诸如铝合金化对镧基合金电子结构的影响及其相关 事领域，均有着广泛的应用前景。AB，型混合稀土合金 相的密度泛函研究[12．131。然而，对该类合金中加入 Co元素或吸氢后，氢化物形成元素与非形成元素的作 是目前Ni／MH电池生产中广泛使用的负极贮氢材料【l’31， LaNi，基合金又是该系贮氢材料的典型代表。其优点是用机制，氢原子与合金元素的成键方式，以及加入元 储氢量大、易活化、不易中毒、平台压适中；缺点是储 素对合金性能影响方面的研究还较为少见。本文采用 氢容量衰减太快、容易粉化、循环寿命短。近年来，为 了改善LaNi5基贮氢合金的循环使用寿命和充放电能力软赝势平面波方法，从原子层面上对LaNi5．，Co， 等性能，实验上主要采用多元合金化和表面处理的方法 沪o，0．5)及氢化物的晶体结构、电子结构和成键特性 来改善合金的性能。如采取在合金中加入其它合金元素 进行了研究。 (蚴代替部分曰侧元素(Ni)形成Haucke合金 1 模型构建与计算方法 LaNi5讹(M=-AI，Mn，Co)；利用SCF．Xa-SW方法研究 1．1 模型构建 RENi5(RE=La，Ce，Pr，Nd)的费米能级与平台氢压的关 系等，力求提高AB5型储氢材料的综合性制4，5】。 对于LaNi5系储氢合金晶体结构的研究，以前多合金，空间群为P6／mmm，属六方晶系，晶胞参数为： 采用实验手段。如用XRD方法【6，7】研究合金的空间群a=b=0．5017llm，c=0．3987 及原子占位，用中子衍射【8’9】获取合金中氢的占位及状 态信息。但这些实验常常会受到实验条件的限制。为 Nil(2c)【1／3，2／3，0]；Ni2(39)【2／3，1／3，0】。 了节约实验成本和拓宽研究范围，国内外的研究人员 相继开展了相关的理论研究。例如采用紫外光电子能 是2c位的Ni，有人专门对此进行过相关实验和理论 谱测量电子比热系数，了解合金吸氢前和吸氢后费米 面上电子的变化情况[10】；利用近边x射线吸收谱研究 故本文中Co取代时只考虑取代39位Ni的一种情况。 金属与氢原子问的成键本质；采用紧束敷递归等基于 同时，LaNi5晶胞中含有大量的四面体和八面体间隙， 第一性原理的理论方法分析LaNi5及LaNi5H7的电子间隙位置具有较低的电子云密度，氢也有可能进入半径 收到初稿13期：2009．08．25：收到修改稿日期：2010．05．10 基金项目：中物院核化所创新基金(2005Cx003) E-mail：xiankunliu@126．