金属氮化物团簇吸附H的密度泛函理论研究

【摘要】M-N-H(M是指Ⅰ-Ⅳ族和一些过渡族金属)系列金属络合物储氢材料由于储氢质量百分密度高,且具有一定的可逆性,因此近年来备受关注。本文运用量子化学方法,对Mg3N2Hm(m=1-4)、(Mg3N2)nHm(n=2-4,m=1-2)、Li3NHm(m=1-4)和(Li3N)nHm(n=2-5,m=1-2)团簇的基态、电子结构、振动光谱和团簇的动力学稳定性进行了研究。运用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法在6-311G*基组水平上对Mg3N2Hm(m=1-4)和(Mg3N2)nHm(n=2-4,m=1-2)团簇的可能几何结构进行优化,预测了其最稳定结构,并对最稳定结构的电子结构,成键特性,电荷分布,振动特性及稳定性等进行分析。结果表明：当团簇吸附H原子少于N原子数目时,一般形成-NH基；随着团簇吸附H原子数目的增加,当所有N原子吸H形成-NH基后,才有-NH基吸附H原子形成-NH2基；但并不是所有-NH基全部形成-NH2基的饱和结构,有部分H原子会吸附于Mg原子上形成MgH结构。H原子易吸附于凸出的、包含孤对电子的N原子上；由于孤对电子间的排斥作用,H原子的吸附位置呈相互远离趋势。团簇中N-H之间是共价键作用,而Mg-H间是离子键作用,-NH和-NH2基在团簇中保持完整性,团簇可以很好地描述晶体的储氢行为。运用密度泛函理论(DFT)中B3LYP方法在6-311G*基组水平上对(Li3N)nHm团簇的可能结构进行几何优化,预测了各团簇的最稳定结构,并对最稳定结构的电子结构,成键特性,电荷分布,振动特性及稳定性进行理论研究。结果表明：Li3N团簇储氢主要在N位置,形成-NH和-NH2基,也可储存在Li位置。体系吸氢最易形成-NH基,其次H原子会与Li结合形成LiH结构,继续储氢时,-NH基可以形成-NH2基。团簇中H原子易吸附在配位数为4的包含孤对电子的凸出的N原子周围,形成-NH；由于孤对电子间的排斥作用,-NH基间呈远离的趋势。团簇中Li原子和-NH及-NH2相互作用呈现较强的离子性,而N-H之间是共价键作用。
【作者】李文强；
【导师】陈玉红；
【作者基本信息】兰州理工大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】(Mg3N2)nHm团簇；(Li3N)nHm团簇；基态结构；密度泛函理论；

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