F元素掺杂对Mg2Ni合金储氢性能的DFT模拟研究

本文研究了基于密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）对Mg2Ni合金掺杂氟（F）元素的储氢性能的影响。研究团队由张早校教授、吴震和杨福胜等人组成，他们利用西安交通大学的动力工程多相流国家重点实验室和苏州研究院作为研究背景，得到了高等学校博士学科点专项科研基金和苏州市应用基础研究计划的支持。 文章首先介绍了实验方法，即通过将F元素添加到Mg2Ni和其氢化物Mg2NiH4中，通过DFT分析F元素在Mg2Ni晶格中的三种可能的间隙位置，包括两个镍原子顶点的八面体中心位置。这种第一性原理的计算旨在探讨F元素对于Mg2Ni合金和其氢化物储氢性能的具体作用。 研究结果显示，F元素最倾向于占据含有两个镍原子顶点的八面体中心空位。尽管F元素的掺杂对Mg2Ni合金的去稳定化效应不明显，即对合金结构的稳定性影响较小，但它显著降低了Mg2NiH4的脱氢能，这意味着在氢释放过程中会变得更加容易，从而有可能提高氢气的储存和释放速率，这对于实际的储氢材料来说是一个关键性能指标。 此外，关键词“F元素”、“Mg2Ni储氢合金”和“第一性原理”突出了研究的核心内容，表明了研究者利用理论计算来深入理解化学掺杂对材料物理性质的影响。该研究的中图分类号为TG139+.715，表明其属于固态物理学领域，特别是与金属材料的氢存储特性有关。 总结来说，这篇首发论文通过对Mg2Ni合金的F元素掺杂进行深入的DFT分析，揭示了F元素对Mg2Ni合金储氢性能的潜在优化作用，为设计和优化新型储氢材料提供了理论依据。这项工作不仅提升了我们对Mg2Ni合金储氢机制的理解，也为未来开发高效、低成本的储氢材料开辟了新的路径。