稀土元素掺杂对VH2解氢性能的影响

李荣; 罗小玲; 梁国明; 付文升

doi:10.7498/aps.61.093601

摘要

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理的平面波超软赝势方法,研究了La, Ce和Pr掺杂对VH2的电子结构和解氢性能的影响.计算结果显示La, Ce和Pr掺杂VH2后晶体模型的费米能级Ef处电子浓度N (Ef)的增加,表明体系结构稳定性减弱,解氢能力增强; 电子密度计算也显示V-H之间相互作用减弱,解氢能力增强;同时Mulliken布居数计算结果还显示掺杂以后解氢能力增强与V-d轨道Mulliken布居数减少, V-s轨道Mulliken布居数增加有关.

关键词:

Abstract

In this paper, using the plane waves ultrasoft pseudopotential method which is base on the first principles of DFT, we study the effects of C, Si, Ge, Sn and Pb alloying on the electronic structure and dehydrogenation properties of VH2. The calculated results show that the electron density of Ef fermi level is higher than that of pure VH2 alloy, exhibiting that the structural stability becomes weakened thus the hydrogen desorption property of VH2 can be improved. Moreover, the computed results of electron density of V-H bond also demonstrate that the interaction between V and H atoms decreases, also showing that the hydrogen desorption property of VH2 is improved. At the same time, it is found from the calculated results that the Mulliken population of V-s orbital increases whereas that of V-d orbital decreases, which is related to the enhanced dehydrogenation property alloyed by La, Ce and Pr.

Keywords:

作者及机构信息

1.
重庆师范大学功能材料实验室, 重庆 400047

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 20971132),重庆市自然科学基金(批准号: CSTC2009BB4243) 和重庆市教委科技项目(批准号: KJ090810, KJ070809)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Laboratory of Functional Materials, Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 20971132), the Natural Science Foundation of Chongqing, china(Grant No. CSTC2009BB4243), and the Science and Technology Research Program of the Education Committee of Chongqing, China (Grant No. KJ090810).

参考文献

[1]	Young K, Fetcenko M A, Li F 2009 J. Alloys Comp. 468 482
[2]	Singh B K, Cho S W, Yoon H S 2008 Mate. Chem. Phys. 112 686
[3]	Pan H G, Li R, Liu Y F 2008 J.Alloys Comp. 463 189
[4]	Zhu Y F, Liu Y F, Hua F 2008 J. Alloys Comp. 463 528
[5]	Zhou J J, Chen Y G, Wu C L, Pang L J, Zhen X, Gao T 2009 Acta Phys. Sin. 58 7044 (in Chinese) [周晶晶, 陈云贵, 吴朝玲, 庞立娟, 郑欣, 高涛 2009 物理学报 58 7044]
[6]	Elanski D, Lim J W, Mimura K 2006 J. Alloys Comp. 421 203
[7]	Li S C, Zhao M S, Wang L M 2008 Mate. Sci. Eng. B 150 168
[8]	Basak S, Shashikala K, Sengupta P 2007 Int. J. Hydrogen Energy 32 4973
[9]	Sung W C, Jeong H Y, Gun S 2008 Int. J. Hydrogen Energy 33 1700
[10]	Jeong H Y, Gun S, Sung W C 2007 Int. J. Hydrogen Energy 32 2977
[11]	Liu Y, Zhao M S, Li S C, Wang Y Z, Ma L, Song J 2008 J. Chinese Rare Earth Soc. 26 188 (in Chinese) [刘妍, 赵敏寿, 李书存, 王艳芝, 马琳, 宋杰 2008 中国稀土学报 26 188]
[12]	Li J, Zhao M S, Hou C P, Huang L, Zhu X J, Cao G Y 2007 Rare Metals 31 772 (in Chinese) [李佳, 赵敏寿, 侯春平, 黄亮, 朱新坚, 曹广益 2007 稀有金属 31 772]
[13]	Luo Y C, Zhang T J, Wang D, Kang L 2010 Acta Phys.-Chim. Sin 26 2397 (in Chinese) [罗永春, 张铁军, 王铎, 康龙 2010 物理化学学报 26 2397]
[14]	Li R, Luo X L, Liang G M, Fu W S 2011 Science China B 41 1506 (in Chinese) [李荣, 罗小玲, 梁国明, 付文升 2011 中国科学B辑 41 1506]
[15]	Li R, Luo X L, Liang G M, Fu W S 2011 Acta Phys. Sin. 60 117105 (in Chinese) [李荣, 罗小玲, 梁国明, 付文升 2011 物理学报 60 117105]
[16]	Li R, Zhou S Q, Chen C G, Liu S P 2005 Acta Phys.-Chim. Sin. 21 716
[17]	Matumura T, Yukawa H, Morinaga M 1999 J. Alloys Comp. 284 82
[18]	Segall M D, Lindan P L, Probert M J 2002 J. Phys-Condens Mat. 14 2717
[19]	Marlo M, Milman V 2000 Phys. Rev. B 62 2899
[20]	Zhang H, Qi K Z, Zahng G Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 8077 (in Chinese) [张辉, 戚克振, 张国英 2009 物理学报 58 8077]
[21]	Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J 2007 Acta Phys. Sin. 56 6592 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾 2007 物理学报 56 6592]

施引文献

[1]	Young K, Fetcenko M A, Li F 2009 J. Alloys Comp. 468 482
[2]	Singh B K, Cho S W, Yoon H S 2008 Mate. Chem. Phys. 112 686
[3]	Pan H G, Li R, Liu Y F 2008 J.Alloys Comp. 463 189
[4]	Zhu Y F, Liu Y F, Hua F 2008 J. Alloys Comp. 463 528
[5]	Zhou J J, Chen Y G, Wu C L, Pang L J, Zhen X, Gao T 2009 Acta Phys. Sin. 58 7044 (in Chinese) [周晶晶, 陈云贵, 吴朝玲, 庞立娟, 郑欣, 高涛 2009 物理学报 58 7044]
[6]	Elanski D, Lim J W, Mimura K 2006 J. Alloys Comp. 421 203
[7]	Li S C, Zhao M S, Wang L M 2008 Mate. Sci. Eng. B 150 168
[8]	Basak S, Shashikala K, Sengupta P 2007 Int. J. Hydrogen Energy 32 4973
[9]	Sung W C, Jeong H Y, Gun S 2008 Int. J. Hydrogen Energy 33 1700
[10]	Jeong H Y, Gun S, Sung W C 2007 Int. J. Hydrogen Energy 32 2977
[11]	Liu Y, Zhao M S, Li S C, Wang Y Z, Ma L, Song J 2008 J. Chinese Rare Earth Soc. 26 188 (in Chinese) [刘妍, 赵敏寿, 李书存, 王艳芝, 马琳, 宋杰 2008 中国稀土学报 26 188]
[12]	Li J, Zhao M S, Hou C P, Huang L, Zhu X J, Cao G Y 2007 Rare Metals 31 772 (in Chinese) [李佳, 赵敏寿, 侯春平, 黄亮, 朱新坚, 曹广益 2007 稀有金属 31 772]
[13]	Luo Y C, Zhang T J, Wang D, Kang L 2010 Acta Phys.-Chim. Sin 26 2397 (in Chinese) [罗永春, 张铁军, 王铎, 康龙 2010 物理化学学报 26 2397]
[14]	Li R, Luo X L, Liang G M, Fu W S 2011 Science China B 41 1506 (in Chinese) [李荣, 罗小玲, 梁国明, 付文升 2011 中国科学B辑 41 1506]
[15]	Li R, Luo X L, Liang G M, Fu W S 2011 Acta Phys. Sin. 60 117105 (in Chinese) [李荣, 罗小玲, 梁国明, 付文升 2011 物理学报 60 117105]
[16]	Li R, Zhou S Q, Chen C G, Liu S P 2005 Acta Phys.-Chim. Sin. 21 716
[17]	Matumura T, Yukawa H, Morinaga M 1999 J. Alloys Comp. 284 82
[18]	Segall M D, Lindan P L, Probert M J 2002 J. Phys-Condens Mat. 14 2717
[19]	Marlo M, Milman V 2000 Phys. Rev. B 62 2899
[20]	Zhang H, Qi K Z, Zahng G Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 8077 (in Chinese) [张辉, 戚克振, 张国英 2009 物理学报 58 8077]
[21]	Zhao Z Y, Liu Q J, Zhang J 2007 Acta Phys. Sin. 56 6592 (in Chinese) [赵宗彦, 柳清菊, 张瑾 2007 物理学报 56 6592]

[1]	钟淑琳, 仇家豪, 罗文崴, 吴木生. 稀土掺杂对LiFePO₄性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2021, 70(15): 158203. doi: 10.7498/aps.70.20210227
[2]	徐贤达, 赵磊, 孙伟峰. 石墨烯纳米网电导特性的能带机理：第一原理计算. 物理学报, 2020, 69(4): 047101. doi: 10.7498/aps.69.20190657
[3]	郑路敏, 钟淑英, 徐波, 欧阳楚英. 锂离子电池正极材料Li₂MnO₃稀土掺杂的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(13): 138201. doi: 10.7498/aps.68.20190509
[4]	李琳, 孙宇璇, 孙伟峰. 层状氧化钼的电子结构、磁和光学性质第一原理研究. 物理学报, 2019, 68(5): 057101. doi: 10.7498/aps.68.20181962
[5]	刘慧英, 张秀钦, 方艺梅, 朱梓忠. T型石墨烯及其衍生物的结构与电子特性. 物理学报, 2017, 66(16): 166101. doi: 10.7498/aps.66.166101
[6]	侯振桃, 李彦如, 刘何燕, 代学芳, 刘国栋, 刘彩池, 李英. Ga空位对GaN:Gd体系磁性影响的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(12): 127102. doi: 10.7498/aps.65.127102
[7]	侯育花, 黄有林, 刘仲武, 曾德长. 稀土掺杂对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的理论研究. 物理学报, 2015, 64(3): 037501. doi: 10.7498/aps.64.037501
[8]	高潭华. 表面氢化双层硅烯的结构和电子性质. 物理学报, 2015, 64(7): 076801. doi: 10.7498/aps.64.076801
[9]	高潭华, 吴顺情, 张鹏, 朱梓忠. 表面氢化的双层氮化硼的结构和电子性质. 物理学报, 2014, 63(1): 016801. doi: 10.7498/aps.63.016801
[10]	雷天民, 吴胜宝, 张玉明, 郭辉, 陈德林, 张志勇. La, Ce, Nd掺杂对单层MoS2电子结构的影响. 物理学报, 2014, 63(6): 067301. doi: 10.7498/aps.63.067301
[11]	李倩倩, 郝秋艳, 李英, 刘国栋. 稀土元素(Ce, Pr)掺杂GaN的电子结构和光学性质的理论研究. 物理学报, 2013, 62(1): 017103. doi: 10.7498/aps.62.017103
[12]	夏中秋, 李蓉萍. 稀土掺杂CdTe太阳电池背接触层ZnTe的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(1): 017108. doi: 10.7498/aps.61.017108
[13]	高潭华, 刘慧英, 张鹏, 吴顺情, 杨勇, 朱梓忠. Al掺杂的尖晶石型LiMn2O4的结构和电子性质. 物理学报, 2012, 61(18): 187306. doi: 10.7498/aps.61.187306
[14]	李荣, 罗小玲, 梁国明, 付文升. 掺杂Fe对VH2解氢性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(11): 117105. doi: 10.7498/aps.60.117105
[15]	谢伟, 王银海, 胡义华, 吴浩怡, 邓柳咏, 廖峰. Ca2+离子替代对Sr4Al14O25：Eu2+,Dy3+结构和发光性能的影响. 物理学报, 2010, 59(2): 1148-1154. doi: 10.7498/aps.59.1148
[16]	吴红丽, 赵新青, 宫声凯. Nb掺杂对TiO2/NiTi界面电子结构影响的第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(12): 7794-7799. doi: 10.7498/aps.57.7794
[17]	王松有, 段国玉, 邱建红, 贾瑜, 陈良尧. 闪锌矿结构的PtN:一种不稳定的过渡金属氮化物. 物理学报, 2006, 55(4): 1979-1982. doi: 10.7498/aps.55.1979
[18]	孟　醒, 徐晓光, 刘　伟, 孙　源, 陈　岗. 钙钛矿型HoNiO3中电荷歧化的第一原理研究. 物理学报, 2004, 53(11): 3873-3876. doi: 10.7498/aps.53.3873
[19]	彭爱华, 谢二庆, 姜宁, 张志敏, 李鹏, 贺德衍. 稀土（Tb，Gd）掺杂多孔硅的光致发光性能研究. 物理学报, 2003, 52(7): 1792-1796. doi: 10.7498/aps.52.1792
[20]	刘慧英, 侯柱锋, 朱梓忠, 黄美纯, 杨勇. InSb的锂嵌入形成能第一原理计算. 物理学报, 2003, 52(7): 1732-1736. doi: 10.7498/aps.52.1732

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