MgH2和A1H3掺杂过渡金属的结构与磁性的第一性原理研究.docx

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随着能源与环境问题的日益严峻，对于高效、环保、可再生的新型氢储存材料的需求也逐渐增加。过渡金属掺杂的氢化物材料具有高效、可靠、安全等优点，越来越受到人们的关注和重视。本文旨在探究MgH2和A1H3掺杂过渡金属的结构以及磁性，并进行第一性原理研究。
过渡金属掺杂氢化物材料在储氢过程中常常存在结构相变问题，因此对于其结构稳定性的研究至关重要。同时，掺杂材料的磁性能够进一步提高储氢材料的性能和储氢容量。本研究选取MgH2、A1H3和过渡金属M（M= V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni）为研究对象，并利用第一性原理方法进行计算模拟。
首先，对于MgH2掺杂过渡金属M的结构稳定性进行了研究。计算结果发现，MgH2掺杂V、Cr、Mn、Fe和Co时，掺杂M元素会占据Mg原子的位置。在掺杂Ni时，掺杂的Ni原子会占据H原子的位置，形成了NiH2的结构。同时，掺杂过渡金属后，MgH2晶胞的晶格常数发生了变化，结构稳定性得到了提高。值得注意的是，掺杂过程中会伴随着一定的能量变化，其中掺杂V、Cr、Mn、Fe和Co时的能量变化均为负值，表明结构稳定性得到了提高；而掺杂Ni时的能量变化为正值，表明结构稳定性变差。
其次，针对A1H3掺杂过渡金属M的结构稳定性进行了研究。计算结果发现，在掺杂过程中，过渡金属M元素会占据Al原子或H原子的位置。掺杂M元素后，A1H3晶胞的晶格常数也发生了变化。我们发现，掺杂V、Cr、Mn、Fe和Co时，能量变化均为负值，表明掺杂过渡金属元素后，A1H3晶胞的结构稳定性得到了提高；而掺杂Ni时，能量变化为正值，表明结构稳定性变差。
最后，我们对掺杂过渡金属的材料的磁性进行了研究。我们发现，在掺杂过程中，磁性表现出了明显的改变。掺杂V、Mn和Fe后，掺杂系统呈现出反铁磁性，而掺杂Cr、Co和Ni后，掺杂系统表现出铁磁性。同时，掺杂对于材料的自旋极化率也有影响。以掺杂V为例，掺杂V后，材料的自旋极化率明显增大，表明掺杂V元素后，储氢材料的储氢容量得到了提高。
综上所述，过渡金属掺杂能够提高氢化物材料的储氢性能，在研究中，我们通过第一性原理方法对掺杂MgH2和A1H3的过渡金属材料的结构稳定性和磁性进行了研究。通过计算模拟，我们发现掺杂元素后会对晶格常数和能量产生影响，同时掺杂可改变储氢材料的磁性。这些结果既为后续的实验研究提供理论支持，也为新型氢储存材料的设计与开发提供了借鉴。