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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 氢能概述1

1.2.1 氢能的特点1

1.2.2 氢能开发利用所面临的问题2

1.3 金属储氢材料概述及开发现状3

1.4 镁基储氢材料吸放氢机理及特性4

1.4.1 镁基储氢材料吸放氢机理4

1.4.2 镁基储氢材料吸放氢的热力学与动力学特性5

1.5 镁基储氢材料的研究现状及存在的问题7

第2章 理论基础与研究方法11

2.1 第一性原理计算11

2.2 密度泛函理论12

2.3 交换-关联泛函近似13

2.4 赝势14

2.5 计算软件14

2.5.1 Material Visualizer模块15

2.5.2 DMol3模块15

2.5.3 CASTEP模块15

2.6 本章小结16

第3章 镁基储氢材料表面吸氢行为研究17

3.1 引言17

3.2 计算模型的构建与计算方法18

3.2.1 计算模型的构建18

3.2.2 计算方法18

3.3 体与表面模型测试19

3.4 结果分析与讨论21

3.4.1 Mg（0001）表面弛豫及电子结构21

3.4.2 H/H2在Mg（0001）表面的吸附22

3.4.3 H2在Mg （0001）表面的解离28

3.4.4 H原子在Mg（0001）表面的扩散29

3.5 本章小结31

第4章 表面缺陷/修饰对镁基储氢材料表面吸氢行为的影响32

4.1 引言32

4.2 计算模型的构建与计算方法33

4.2.1 计算模型的构建33

4.2.2 计算方法35

4.3 表面模型测试35

4.4 结果分析与讨论36

4.4.1 H2在空位缺陷及Pd原子修饰Mg （0001）表面的吸附构型36

4.4.2 H2在空位缺陷及Pd原子修饰Mg （0001）表面的解离39

4.4.3 H原子在空位缺陷Mg（0001）表面的扩散42

4.4.4 空位缺陷及Pd原子对H2吸附与解离催化的微观机制44

4.5 本章小结46

第5章 镁基储氢材料表面放氢行为及表面改性研究47

5.1 引言47

5.2 计算模型的构建与计算方法48

5.2.1 计算模型的构建48

5.2.2 计算方法48

5.3 体与表面模型测试49

5.4 结果分析与讨论51

5.4.1 MgH2表面弛豫及电子结构51

5.4.2 H2在MgH2表面的脱附性能55

5.4.3 H原子在MgH2表面的扩散性能59

5.4.4 H2在具有Mg空位及Pd修饰MgH2表面的脱附性能62

5.4.5 空位缺陷与Pd对MgH2表面脱氢性能的改性机制65

5.5 本章小结67

第6章 镁基储氢材料合金化效应研究69

6.1 引言69

6.2 计算模型的构建与计算方法70

6.2.1 计算模型的构建70

6.2.2 计算方法70

6.3 计算结果与讨论71

6.3.1 晶体几何结构71

6.3.2 形成热74

6.3.3 H原子解离能76

6.3.4 置换固溶热与空位形成能79

6.3.5 电子机制分析81

6.3.6 第二相对MgH2放氢能力的影响84

6.4 本章小结92

第7章 镁基储氢材料应变效应研究95

7.1 双轴应变对MgH2放氢性能的影响及机理95

7.1.1 引言95

7.1.2 计算模型的构建与计算方法96

7.1.3 结果分析与讨论96

7.2 单/双/三轴应变对MgH2放氢热力学的影响及机理104

7.2.1 引言104

7.2.2 计算模型的构建与计算方法105

7.2.3 计算结果与讨论105

7.3 单/双/三轴应变对MgH2放氢动力学的影响及机理108

7.3.1 引言108

7.3.2 计算模型的构建与计算方法110

7.3.3 结果分析与讨论110

7.4 本章小结116

第8章 镁基储氢材料催化效应研究117

8.1 石墨烯掺杂对MgH2放氢性能的影响及机理117

8.1.1 引言117

8.1.2 实验方法与计算方法118

8.1.3 结果分析与讨论119

8.1.4 机理分析123

8.2 石墨烯和镍分序掺杂对MgH2放氢性能的影响及机理125

8.2.1 引言125

8.2.2 实验方法与计算方法126

8.2.3 结果分析与讨论127

8.2.4 机理分析130

8.3 本章小结134

参考文献135