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硼元素与碳元素非常类似,它也具有丰富的低维构形,包括二维平面、一维纳米管和零维笼状结构。这些结构通过某些金属修饰后,具有良好的储氢性能,可以在常温常压下实现氢的存储,而备受关注。另外,硼元素由于具有良好的化学活性,可以同所有的金属化合形成形态各异的化合物。本论文,我们通过不同的方法预言了一系列的硼化锂二维结构。基于密度泛函理论计算,研究了这些结构的电学特性和储氢性能。主要内容如下:(1)基于一个稳定的结构单元构建了两种稳定的、构形类似的准二维平面结构。由于其化学当量为Li2B5,因此将其命名为Li2B5-I和Li2B5-II。将Li2B5-II沿着两个垂直的方向卷曲,可以得到直径在4.48-19.59?之间的一系列稳定的纳米管。和平面结构相比,管状结构具有更高的热力学稳定性。随着纳米管直径的增加,结构的平均原子能先减少后增加,最终与平面结构的平均原子能趋近。对平面结构和几个典型的管状结构储氢性能进行了分析。结果显示,每个Li原子周围最多可以吸附两个H2分子,储氢质量密度达10.6wt%。由于Li原子与B原子之间通过离子键结合,离子化的Li原子周围分布较强的电场,对H2分子具有较强的极化作用,从而实现对H2分子的吸附。同时,H2分子与Li之间也有轨道杂化,并且B原子也参与了与H2分子间的相互作用。(2)基于粒子群优化算法的晶体结构分析,对化学当量为Li2B5二维构形进行广泛搜索,得到了两个能量最低的异构体。这两种结构的平均原子能相差只有0.0007e V,在计算允许的误差范围内。这两种准二维平面结构,一种B原子框架为平面命名为Planar-sheet,另外一种B原子框架为有起伏的准平面命名为Buckled-sheet。两种结构都呈现出金属性。储氢性能计算显示,Buckled-sheet中每个Li原子周围以分子形式吸附3个H2,平均吸附能为0.19e V,储氢质量密度为15.1wt%。差分电荷密度和Bader电荷分析表明,储氢作用主要来源于极化作用和轨道杂化作用。计算结果显示,该结构有望成为高性能的储氢材料。(3)预测了三种Mg B2的金属夹层硼化锂结构(分别命名为MS-1、MS-2和MS-3),并对这三种构形的结构稳定性进行了研究。三种构形中的B平面均呈现出规则的几何构形,一种为已知的β-sheet和一种新的类B2C-sheet。形成能、Bader电荷分析和差分电荷密度均显示,当金属Li原子位于B平面的六角环结构的中心顶端位置时,结构更为稳定。这同六角环结构的中B原子的电子缺失有关。基于最稳定构形(MS-1),对大量金属硼化物进行了结构预测,发现四价金属的夹层结构较为稳定,而最为稳定的结构是硼化铁。