La_3MgNi_（14）电子结构的第一性原理研究.pdf

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1、第33卷第4期太原科技大学学报Vo1．33No．42012年8月JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYAug．2012文章编号：1673—2057(2012)04—0298—04La3MgNi4电子结构的第一性原理研究邵爽，张敏刚，宫长伟(太原科技大学材料科学与工程学院，太原，030024)摘要：采用基于密度泛函的第一原理平面波赝势计算法，研究了LaMgNi储氢合金的电子结构。结果表明：La。MgNi的结构更趋向于形成La分散的S1结构。体系具有典型的金属性，在结合中以金

2、属键为主。并由键布居及原子布居分析了个原子间的键性。关键词：第一性原理；La3MgNi14；微观结构；电子结构中图分类号：TG139文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1673-2057．2012．04．012长久以来，在寻找新型储氢材料方面，国内外根据实验数据建立计算模型，La，MgNi。为研究工作者做了大量的研究工作¨。Kohno_3等CeNi型晶体结构，空间群为P63／mmc，晶格常数：研究了La—Mg—Ni新三元系合金：La2MgNi9、a=b=5．0282A，c=24．2032A。Ot==90。，=La

3、MgNi3和LaMgNi。体系的储氢性质。对其吸120。，La。MgNi4晶体学结构常数如表1．放氢特性的研究发现，合金具有较大的放电容量。表1La3MgNil4晶体学结构常数张H等以及杨丽颖等对La3MgNil4体系的La1l5Tab．1CrystallographicparametersofLa3MgNil4MgNi铸态合金进行不同温度的退火处理发现合原子空间占位坐标(Site)金的放电容量和循环稳定性均得到提高。(Atom)(ox)XyZ针对A2B型结构的LaMgNi晶体大都集中La4f0．33330．66670．0209

4、在实验方面，对于La。MgNi。晶体的理论计算方面的研究并不多见，而物质的宏观性质主要由微观结Mg4f0．33330．66670．0209构决定，如果能对合金的微观电子结构特征进行研La4f0．33330．66670．1728究无疑会对提高储氢合金的储氢性能和电化学性Ni2a000能有着重要的帮助-o。Ni4e0O0．1650本文采用基于密度泛函的第一原理平面波赝势计算法，对其微观电子结构加以研究_7剖。Ni4f0．33330．66670．8309Ni6h0．83410．66820．25001计算方法和模型Ni12k0．8271

5、0．65420．0834体系能量的计算采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法，使用广义梯度近似处理交换关联由表1中可以看出，La。MgNi。4晶体的4f位置有势能。可能被La或者Mg占据，根据La占据4f位置的不收稿日期：2012-01—11基金项目：山西省科技攻关计划项Et(20090322007)；山西省科技厅国际合作项目(20091050)；山西省高校科技开发项目(2010118)作者简介：邵爽(1984一)，男，硕士研究生，研究方向为功能材料；通信作者：张敏刚，教授，E—mail：mgzhang@163．com第33卷第4

6、期邵爽，等：LaMgNi电子结构的第一性原理研究299同，对LaMgNi晶体建立分散(S)型近邻(C)型结表2LaMgNi。不同晶体结构下的总能量及生成热差值Tab．2EnergyofLa3MgNil4andthediferences构。如图1(a)、(b)、(C)、(d)中，S1结构为1、3位ofenthalpywithdifferentstructures置为La，2、4位置为Mg；s2结构为1、4位置为La，2、3位置为Mg；C1结构为1、2位置为La，3、4位置结构S1s2C1C2为Mg；C2结构为2、3位置为La，1、

7、4位置为Mg。能量(eV)45055．195345054．842l45055．172745054．8080分别建立晶体结构模型。与S1结构使用MaterialsStudio软件中的CASTEP模块的生成热差值034．07862．180637．3688(kJ／mo1)进行计算，先对La，MgNi。晶胞进行几何优化，精度2．2态密度分析选取Fine。结构优化后再计算其单点能(包括态密度、集居数分析)。计算单点能过程中，精度选取图2为不同结构的态密度图。从图2可以看Ultra—fine，选择基于广义梯度近似(GGA)下的PBE出，四种

8、结构的态密度相差不大，且能带均穿过费泛函来描述交换能，平面波截止能取为340eV，米能级，故四种结构均具有典型的金属性，在结合Brillouin区的k格点取为6×6×2，计算在倒易空中应以金属键为主。间上进行。迭代过程中的收敛精度为1×10eV／atom，即作用