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Study on hydrogen atom adsorption and diffusion properties on Mg (0001) surface 被引量:4
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作者 ZHANG Jian ZHOU DianWu LIU JinShui 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2009年第7期1897-1905,共9页
Hydrogen atom adsorption and diffusion properties on clean and vacancy defective Mg (0001) surface have been investigated systematically by using a first-principles calculations method based on the density functional ... Hydrogen atom adsorption and diffusion properties on clean and vacancy defective Mg (0001) surface have been investigated systematically by using a first-principles calculations method based on the density functional theory. The calculation results of adsorption energy and diffusion energy barrier show that hydrogen atom is apt to be adsorbed at fcc and hcp sites on clean Mg (0001) surface, and fcc adsorption site is found to be more preferred. The highest diffusion energy barrier is estimated as 0.6784 eV for the diffusion of hydrogen from clean Mg (0001) surface into its bulk. Surface effects, which affect hydrogen diffusion obviously, results in a slow diffusion velocity of hydrogen from surface to subsurface, while a fast one from subsurface to bulk, indicating the range of surface effects is only restricted within two topmost layers of Mg (0001) surface. Comparatively, Mg atom vacancy on Mg (0001) surface not only enhances the chemisorption interaction between H and Mg surface, but also benefits H atom diffusion in Mg bulk with relatively more diffusion paths compared with that of clean surface. Besides, hydrogen atom is found to occupy mostly the tetrahedral interstice when it diffuses into the Mg bulk. Further analysis of the density of states (DOS) shows that the system for hydrogen atom to be adsorbed at fcc site has a lower DOS value (N (EF)) at Fermi level and more bonding elec- trons at the energy range blow the Fermi level of H/Mg (0001) system as compared with that at hcp site. On the other hand, the enhanced chemisorption interaction between hydrogen and defective surface should be attributed to the fact that the electronic structures of Mg (0001) surface are modified by an Mg vacancy, and the bonding electrons of the topmost layer Mg atoms are transferred from low energy range to Fermi level, which is in favor of improving the surface activity of Mg (0001) surface. 展开更多
关键词 mg (0001) surface ADSORPTION DIFFUSION ADSORPTION ENERGY ENERGY BARRIER
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Sc和Y共掺杂对镁基储氢材料性能的影响 被引量:3
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作者 刘丹丹 程昊 +1 位作者 陈昌东 腊明 《稀土》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期13-17,共5页
对氢气分子在Sc和Y共掺杂的Mg(0001)面的解离情况进行了系统的研究,采用的研究法是利用基于密度泛函理论的第一性原理计算。对Sc原子和Y原子共同掺杂在Mg(0001)表面的稳定替代位置进行了研究,发现Sc原子和Y原子将选择共同停留在第一层... 对氢气分子在Sc和Y共掺杂的Mg(0001)面的解离情况进行了系统的研究,采用的研究法是利用基于密度泛函理论的第一性原理计算。对Sc原子和Y原子共同掺杂在Mg(0001)表面的稳定替代位置进行了研究,发现Sc原子和Y原子将选择共同停留在第一层并且是相邻的位置时最稳定。氢气分子在由Sc和Y共同掺杂的Mg(0001)表面解离时,其解离势垒被降低至0.05 eV。利用分波态密度分析了氢气分子在其表面分解的过渡态时的电子分布,通过分析发现,Sc原子及Y原子的d带电子与H原子的s带电子发生了明显的作用,其中Sc原子的d带电子的贡献起主要作用。研究表明,Sc和Y共同掺杂可以有效提高镁基储氢材料的吸放氢动力学性能,是改善镁基储氢材料的动力学性能很好的催化剂。 展开更多
关键词 SC Y 共掺杂 mg(0001)表面 密度泛函理论
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Adsorption of fluorine and chlorine on Mg(0001) surface:A density functional theory investigation 被引量:3
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作者 段永华 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第6期1844-1852,共9页
The adsorption of low-coverage of F and Cl adatoms on the Mg(0001) surface was investigated using first-principles calculations based on the density functional theory(DFT).The stability of the(2×2) structur... The adsorption of low-coverage of F and Cl adatoms on the Mg(0001) surface was investigated using first-principles calculations based on the density functional theory(DFT).The stability of the(2×2) structures formed by halogen atoms adsorbed at different sites was determined.The difference between the adsorption of F and Cl on Mg(0001) surface was also discussed.The calculation results show that hollow sites are the energetically most favorable at the low-coverage.It can be concluded from the Mulliken charges and density of states that electrons transfer from the substrate Mg atoms to the adatoms,which leads to the formation of adsorbate bond and further causes the stronger interaction between Mg atom and adatom.The interaction between Cl and Mg atoms is weaker than the interaction between F and Mg. 展开更多
关键词 first principles HALOGENS F Cl mg0001 surface adsorption energy
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球磨条件下Fe合金化改善MgH_2体系性能的机理 被引量:3
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作者 周惦武 张健 +1 位作者 彭平 刘金水 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2233-2244,共12页
基于密度泛函理论的第一原理方法,通过计算清洁、空位缺陷Mg(0001)表面吸附氢分子(H2)前后以及Fe合金化镁氢化合物(MgH2)体系的能量与电子结构,对球磨条件下Fe合金化改善MgH2体系性能的原因进行初步探讨。结果表明:与清洁Mg表面相比,由... 基于密度泛函理论的第一原理方法,通过计算清洁、空位缺陷Mg(0001)表面吸附氢分子(H2)前后以及Fe合金化镁氢化合物(MgH2)体系的能量与电子结构,对球磨条件下Fe合金化改善MgH2体系性能的原因进行初步探讨。结果表明:与清洁Mg表面相比,由于球磨改变了Mg颗粒的表面结构,使Mg表面产生较多缺陷,而缺陷的存在增强了H2的物理吸附能力,并且Mg表面向H2转移的电荷数增多,因而体系球磨后具有较好的吸氢性能;而在Fe合金化MgH2体系中,Fe固溶于MgH2中形成(MgFe)H2固溶体和合金化形成少量Mg2FeH6相,MgH2系结构稳定性均降低,对应体系解氢性能增强。分析电子结构发现:空位缺陷有助H2吸附于Mg表面,与Mg(0001)表面最上层与H2直接产生吸附作用的金属原子在费米能级(EF)附近s轨道的成键电子数密切相关;在Fe合金化MgH2体系中,与合金化元素Fe近邻的H原子形成空位的难度增加,H原子较难释放;与Mg近邻的H原子形成空位的难度减少,H原子容易释放;Fe合金化导致Mg-H之间存在较弱的成键作用,因此,MgH2体系的解氢性能得到提高。 展开更多
关键词 mgH2 mg(0001)表面 吸附 形成热
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氢分子在Mg(0001)表面的吸附与解离性能研究(英文) 被引量:2
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作者 张健 周惦武 +2 位作者 黄雅妮 彭平 刘金水 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1518-1525,共8页
采用基于密度泛函理论的第一原理计算方法,研究了氢分子(H2)在清洁、空位缺陷及Pd原子吸附的Mg(0001)表面的吸附与解离性能。结果显示:H2在清洁Mg(0001)表面呈较弱的物理吸附,H2解离需克服较高的能垒(1.3774eV);空位缺陷的存在增强了Mg... 采用基于密度泛函理论的第一原理计算方法,研究了氢分子(H2)在清洁、空位缺陷及Pd原子吸附的Mg(0001)表面的吸附与解离性能。结果显示:H2在清洁Mg(0001)表面呈较弱的物理吸附,H2解离需克服较高的能垒(1.3774eV);空位缺陷的存在增强了Mg表面对H2的物理吸附能力,且使H2的解离能垒(1.2221eV)有所降低;而清洁表面吸附的Pd原子则会与H2产生强烈的化学吸附作用,极大地降低了H2的解离能垒(0.2860eV)。电子结构分析发现:3种表面对H2吸附与解离的催化活性与Mg(0001)表面最上层与H2直接产生吸附作用的金属原子在费米能级(EF)附近s轨道的成键电子数密切相关。 展开更多
关键词 mg(0001)表面 吸附 解离 能垒
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氢原子在过渡金属修饰的Mg(0001)面扩散的第一性原理研究
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作者 腊明 陈昌东 +1 位作者 冯云晓 张志玮 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期243-249,共7页
基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对氢原子在过渡金属(Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、V、Zn)修饰的Mg(0001)表面扩散性能进行了研究。研究发现过渡金属元素Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu选择替代在镁表面第二层稳定,... 基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对氢原子在过渡金属(Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、V、Zn)修饰的Mg(0001)表面扩散性能进行了研究。研究发现过渡金属元素Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu选择替代在镁表面第二层稳定,而Zn则选择替代在第一层稳定。当镁表面掺杂Zn和Cu时,氢原子选择停留在表面稳定;当掺杂Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co和Ni时,氢原子选择进入镁块体内部。值得一提的是氢原子通过从过渡金属顶部通道扩散进入镁块体内部的势垒大大降低,笔者用差分电荷密度分析后发现氢原子与过渡金属原子成键使扩散势垒降低。当氢原子进入镁块体内部后靠近Sc、Ti、V、Cu和Zn原子时,将与这些过渡金属原子成键,从而阻碍了氢原子继续向内部扩散;而氢原子靠近Cr、Mn、Fe、Co、Ni原子时,选择离开过渡金属从而促进了氢原子向块体内扩散,可以大幅改善镁基储氢材料的吸氢动力性能。 展开更多
关键词 过渡金属 mg(0001)面 氢原子 扩散 密度泛函理论
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