[发明专利]一种分析AlH3

说明书

本发明公开了一种AlH₃在磷烯表面稳定存储的方法，结合第一性原理的密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟方法，分析了低元AlH₃基团在磷烯表面的吸附结构、姿态、数量以及近常温下吸附结构的稳定性，归纳总结出一种分析AlH₃在磷烯表面吸附机理的方法，为分析AlH₃在二维材料表面的存储提供了理论指导。本发明通过分析AlH₃基团在磷烯表面的吸附结构及吸附能发现AlH₃基团在磷烯表面以三元团簇结构的形式吸附到磷烯表面；通过电子性质分析得出三元团簇的AlH₃基团与磷烯之间的相互作用为物理吸附；通过分子动力学模拟分析得出近室温条件下磷烯对三元团簇的AlH₃基团仍然有很好的存储能力。

技术领域

本发明属于含能材料开发与利用研究领域，具体涉及一种利用量化计算软件Vienna Ab-initio Simulation Package(VASP)分析低元AlH₃基团在磷烯表面吸附的方法。

背景技术

三氢化铝(AlH₃)是一种二元共价氢化物，属于新型储氢材料的一种，其氢气的密度为0.148 g/cm³，其理论储氢密度高达10.08 wt%。由于AlH₃较高的理论储氢密度，近年来作为储氢材料在推进剂、氢燃料电池领域受到了高度关注。AlH₃由两种还原性的原子组成，AlH₃在受到热或光的作用下会分解为AlH₃⁺和自由电子，而AlH₃⁺和自由电子都可以进一步引发AlH₃的分解。即使是最稳定的立方晶型的α-AlH₃仍存在缓慢分解放氢的现象，这一现象严重限制了AlH₃的规模化应用；因此，有必要对AlH₃进行应用前的稳定化处理。基于密度泛函理论的第一性原理计算不依赖任何经验参数就能获得体系微观性质，其计算结果也具有较高的可信度，该方法在储氢材料分析方面获得广泛应用，其计算的合理性和结果的可靠性都已经得到了很好的证实。

发明内容

本发明的技术方案是以磷烯模型为基底，利用基于密度泛函理论的量化计算软件VASP分析低元AlH₃基团在磷烯表面的吸附结构、姿态、数量以及近常温下吸附结构的稳定性，为分析AlH₃在常温、常压下的稳定存储提供了新的途径。

本发明包括以下步骤：

1. 磷烯结构的构建：

在Materials Studio软件中搭建具有CMCA对称性的黑磷晶体结构并截取其(010)晶面，然后沿晶面方向搭建厚度为15 Å的真空层即可得到单晶胞大小的磷烯结构。在此基础上，将其放大为含有64个磷原子的4×1×4倍超晶胞，然后将其用VASP软件进行结构优化即得到本发明中所采用的磷烯结构。

2. AlH₃基团在磷烯表面的吸附：

AlH₃基团在磷烯表面的吸附采取逐一放置并优化的方式展开。首先，将一个基团的AlH₃分别放到磷烯表面上方2.5 Å高度的不同位置，用VASP对不同的模型进行结构优化获得稳定吸附结构。然后，在此稳定结构基础之上再放置第二个AlH₃基团，第二个AlH₃基团放置的时候也考虑了多种不同的吸附位置，用VASP对不同的模型进行结构优化获得稳定吸附结构。接下来按照以上相同的方法放置第三个、第四个、第n个AlH₃基团，用VASP对不同的模型进行结构优化获得最终的稳定吸附结构。分析最终吸附结构中AlH₃基团的吸附量、吸附位置、吸附姿态，通过电子分析分析AlH₃基团形成的团簇与磷烯表面之间的相互作用。