MgH2水解反应机理的理论研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xixiangreng
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MgH2水解制氢是一种非常有应用前景的制氢方法,但是由于水解过程中Mg(OH)2钝化层的生成,造成了MgH2水解速率低,反应不彻底等缺点。  本文通过密度泛函理论深入细致地研究了水分子与MgH2(110)和(001)表面的作用机理,运用分子动力学,弹性带等方法(NEB)出发详细地考察了水分子在这两个表面的吸附与解离特性,研究了温度对水分子在 MgH2表面的吸附与解离影响,并进一步考察了Be、Ca、Ni、Ti、Mn、Al六种掺杂元素在上述表面上的占据位置,及其对水分子在MgH2表面吸附与解离性能的影响。  研究表明:Be与Ca元素的掺杂性质相似,都与掺杂原子周围的H之间有一定的成键作用,但与水分子中的O之间无直接作用,因此Be、Ca都没有明显地表现出促进水分子解离性质;Mn元素与H间的相互作用较强,能够对MgH2表面造成较大的破坏,对水分子的解离有一定的促进作用;在所考察的元素中,Ni在MgH2表面上的占位能最小,容易掺入体系,但Ni对与O邻近的Mg原子影响最小,因而其对水分子的解离作用不明显;Ti在水分子与MgH2表面相互作用体系中表现出与Mg元素有一定的共性特征,且置换掺Ti体系中水分子已经完全发生解离;Al元素易于以吸附形式存在于MgH2表面,而Al自身能与水发生反应,因而掺Al能促进水分子的解离。  本文通过对电子结构的分析,讨论了掺杂元素对MgH2水解反应的作用机理,提出了水分子在 MgH2表面分解的两种途径以及改善 MgH2水解的一些建议。本论文对 MgH2水解反应微观机理及对掺杂元素作用机理的研究结果将会对 MgH2水解制氢的研究起到一定的积极作用。
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