各Li吸附組分下硅烯氫存儲(chǔ)性能的第一性原理研究?

盛喆 戴顯英 苗東銘 吳淑靜 趙天龍 郝躍

(西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院,寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室,西安 710071)

1 引 言

作為一種重要的類石墨烯二維材料,硅烯憑借與硅基半導(dǎo)體技術(shù)兼容的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),在電子器件[1?3]、傳感器[4]、催化劑[5]等領(lǐng)域受到密切關(guān)注.近年來(lái),隨著各國(guó)對(duì)氫能源的不斷使用和重視,科研工作者開(kāi)始利用硅烯較低的分子量和高比表面積的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[6,7],研究硅烯在常溫常壓環(huán)境下作為氫存儲(chǔ)材料的潛在可能性[8?10],從而避免使用傳統(tǒng)高成本、高風(fēng)險(xiǎn)和較低存儲(chǔ)密度的液化和加壓的氫存儲(chǔ)方式[9,11,12].研究發(fā)現(xiàn),純硅烯儲(chǔ)氫能力很弱[13],吸附一個(gè)氫氣分子的平均吸附能只有0.11 eV/H2,遠(yuǎn)小于美國(guó)能源部(U.S.Department of Energy,DOE)提出的5.50 wt%質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度和0.20—0.60 eV/H2平均吸附能的氫存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)[6,9,13,14].但是由于硅烯具有sp2/sp3混合雜化的特性[15,16],在合適的金屬修飾后,硅烯能夠通過(guò)π鍵和金屬原子緊密結(jié)合,并以金屬原子為吸附中心吸附較多的氫氣分子.這些金屬原子也不會(huì)因?yàn)榫酆隙纬蓤F(tuán)簇[9,17],能夠穩(wěn)定分布在硅烯表面為氫氣分子提供持久而有效的吸附環(huán)境,這一點(diǎn)對(duì)于金屬修飾硅烯在氫存儲(chǔ)領(lǐng)域中的循環(huán)使用尤為重要[11,18?20].

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),以Li,Na為代表的堿金屬由于具備較低的內(nèi)聚能[9,10,17]、較小的分子量[6,21]以及能夠提供較為適宜的氫氣吸附強(qiáng)度(介于強(qiáng)化學(xué)吸附和弱物理吸附之間)[22],比較適合用于氫存儲(chǔ)領(lǐng)域中硅烯的修飾.Wang等[9]基于第一性原理計(jì)算,發(fā)現(xiàn)Li修飾硅烯(Li組分為0.20)中Li的結(jié)合能(2.69 eV/Li)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其內(nèi)聚能(1.71 eV),因此Li原子能夠在硅烯表面穩(wěn)定分布;進(jìn)一步計(jì)算得到Li修飾硅烯的最大質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度為4.82 wt%,相應(yīng)的平均吸附能為0.21 eV/H2,略低于DOE的氫存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),但也強(qiáng)于純硅烯.Hussain等[22]利用第一性原理方法對(duì)Na修飾硅烯(Na組分為0.20)的儲(chǔ)氫能力進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)Na原子在硅烯表面也具有較大的結(jié)合能,并且每個(gè)Na原子能夠吸附5個(gè)氫氣分子,最終能夠得到6.90 wt%的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度和0.48 eV/H2的平均吸附能.顯然,堿金屬修飾硅烯能夠有效提高硅烯的氫存儲(chǔ)能力.但是,絕大部分科研工作者只是對(duì)單一組分下堿金屬修飾硅烯的氫存儲(chǔ)性能進(jìn)行了研究,未曾探究不同組分堿金屬對(duì)硅烯氫存儲(chǔ)性能的影響,而后者可能對(duì)充分挖掘堿金屬修飾硅烯的氫存儲(chǔ)能力具有重要意義,并可為今后硅烯在氫存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考.

因此,基于第一性原理計(jì)算方法,本文從Li修飾硅烯入手,研究了不同Li吸附組分下硅烯體系(LixSi1?x)的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性,討論了各Li吸附組分下硅烯的儲(chǔ)氫能力,并以質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度最高的Li飽和吸附硅烯為例,進(jìn)一步討論了Li修飾硅烯的儲(chǔ)氫機(jī)理.結(jié)果表明,提高Li組分甚至使其達(dá)到飽和在理論上能使Li修飾硅烯具備更強(qiáng)的儲(chǔ)氫能力,且電荷轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)的靜電相互作用和軌道雜化作用是Li修飾硅烯儲(chǔ)氫的關(guān)鍵.

2 計(jì)算方法

采用DMol3程序包[23]對(duì)硅烯進(jìn)行第一性原理計(jì)算.其中,交換關(guān)聯(lián)函數(shù)選擇廣義梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)[24]下的Perdew-Burke-Ernzerhof泛函[25],基函數(shù)選擇的是包含軌道極化函數(shù)的雙數(shù)值軌道基組.此外,選用Grimme[26]提出的半經(jīng)驗(yàn)DFT-D2方法修正范德瓦耳斯(van der Waals,vdW)相互作用,以獲得較為可靠的庫(kù)侖作用和氫氣吸附能.計(jì)算過(guò)程中采用8×8×1的K點(diǎn)網(wǎng)格[27],5.1 ?的軌道截?cái)喟霃?結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中,原子相互作用力閾值設(shè)為0.001 Ha/?,原子移動(dòng)的最大距離閾值設(shè)為3.0×10?3?,體系中每個(gè)原子的能量收斂精度設(shè)為1.0×10?6Ha/atom.此外,為了研究各Li修飾硅烯體系中Li原子和硅烯表面的結(jié)合能力以及各Li修飾硅烯對(duì)氫氣分子的吸附能力,定義Li原子的平均結(jié)合能(Eb)和氫氣分子的平均吸附能(Eads)為:

其中E(silicene)和E(LixSi1?x)分別表示純硅烯在m個(gè)Li原子吸附修飾前、后的總能量,x代表這m個(gè)Li原子所對(duì)應(yīng)的組分大小;E(LixSi1?x?nH2)表示吸附n個(gè)氫氣分子后Li原子修飾硅烯的總能量;E(Li)和E(H2)則分別表示相同晶胞尺寸下單個(gè)孤立Li原子以及單個(gè)孤立氫氣分子的能量;m和n分別表示Li原子和氫氣分子的數(shù)量.

3 結(jié)果與討論

3.1 純硅烯結(jié)構(gòu)模型

硅烯是類石墨烯的二維薄膜材料,與石墨烯不同的是,其結(jié)構(gòu)中具有2套不在同一平面的子晶格,因此組成翹曲的蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu),如圖1所示.經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,得到的原胞晶格常數(shù)為3.87 ?,最近鄰Si原子之間鍵長(zhǎng)為2.28 ?,兩套晶格之間的垂直距離差(翹曲高度)h=0.46 ?,各參數(shù)結(jié)果和前人的報(bào)道相符合[6,7,13,22].為了最大化Li修飾硅烯的儲(chǔ)氫量,選用單層2×2硅烯超胞(含8個(gè)Si原子)作為氫存儲(chǔ)的研究對(duì)象,并且在考慮精度和效率的前提下,使用20 ?的真空層,以消除z軸方向上由周期性帶來(lái)的影響.

圖1 2×2單層硅烯超胞優(yōu)化結(jié)構(gòu)俯視和側(cè)視圖Fig.1.Top(upper panel)and side(bottom panel)views of the geometry structure of 2×2 supercell silicene.

3.2 不同Li組分下硅烯體系的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及分析

3.2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析

對(duì)于單個(gè)Li原子而言,在硅烯表面有四種典型的吸附位置,如圖1中所示,分別為頂位(T)、谷位(V)、橋位(B)以及六元環(huán)中空位(H).先將1個(gè)Li原子分別放置在硅烯超胞表面的四種典型位置上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,優(yōu)化后的硅烯結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的Li原子平均結(jié)合能分別如圖2和圖3所示.從圖中可知,單個(gè)Li原子吸附在中空位時(shí)該硅烯體系(Li0.11Si0.89硅烯)具有最低的能量,相應(yīng)的Li原子的平均結(jié)合能為2.11 eV/Li,說(shuō)明中空位是單個(gè)Li原子在硅烯表面吸附的最穩(wěn)定位置.值得注意的是,單個(gè)Li原子的平均結(jié)合能大于Li原子之間的內(nèi)聚能(1.71 eV),可見(jiàn)該Li原子和硅烯之間存在較強(qiáng)的結(jié)合,能使Li0.11Si0.89硅烯即使在多次吸附和釋放氫氣后依然保持穩(wěn)定.

圖2 不同Li組分下硅烯體系的結(jié)構(gòu)俯視和側(cè)視圖Fig.2.Top(upper panels)and side(bottom panels)views of geometry structures of LixSi1?x.

圖3 不同Li組分硅烯體系中Li原子的平均結(jié)合能Fig.3.Binding energies of Li in LixSi1?x.

依次將2個(gè)、4個(gè)、6個(gè)和8個(gè)Li原子(分別對(duì)應(yīng)Li0.20Si0.80,Li0.33Si0.67,Li0.43Si0.57和Li0.50Si0.50硅烯)放置在硅烯超胞表面各吸附位置并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化.從圖2和圖3中可以看到,Li0.20Si0.80硅烯中Li原子的最穩(wěn)定位置依然是中空位,且超胞中的兩個(gè)Li原子分別位于硅烯的上下表面,對(duì)應(yīng)的平均結(jié)合能為2.25 eV/Li.在更高的Li組分下(Li0.33Si0.67硅烯),Li原子的最穩(wěn)定位置轉(zhuǎn)變到了谷位和橋位之間,并且具有2.43 eV/Li的平均結(jié)合能.隨著Li組分的繼續(xù)增加(Li0.43Si0.57和Li0.50Si0.50硅烯),Li原子的穩(wěn)定位置逐步轉(zhuǎn)向谷位,所對(duì)應(yīng)的平均結(jié)合能分別為2.33 eV/Li和2.43 eV/Li.繼續(xù)增大Li吸附組分,結(jié)構(gòu)優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)Li原子的平均結(jié)合能大幅減小,并有低于其內(nèi)聚能的趨勢(shì),因此本文認(rèn)為當(dāng)Li吸附組分為0.50時(shí),Li原子在硅烯表面的吸附達(dá)到飽和,這也與前人的報(bào)道相符合[28,29].總體來(lái)看,隨著Li組分從0.11增加到0.50,Li原子的平均結(jié)合能具有增大的趨勢(shì),且都能大于其內(nèi)聚能,說(shuō)明Li吸附組分在其達(dá)到飽和前的提高并不會(huì)給Li修飾硅烯的穩(wěn)定性造成較大影響,后續(xù)對(duì)各結(jié)構(gòu)進(jìn)行氫存儲(chǔ)研究是有意義的.

3.2.2 結(jié)合機(jī)理分析

為了理解Li原子和硅烯的結(jié)合機(jī)理,本文以Li吸附組分最高的Li0.50Si0.50硅烯結(jié)構(gòu)為例,進(jìn)行了Mulliken電荷布居和態(tài)密度分析.Mulliken電荷布居顯示,由于Si原子相較于Li原子具有更大的電負(fù)性,每個(gè)Li原子向硅烯轉(zhuǎn)移了約0.77個(gè)電子,從而使Li和Si原子分別變?yōu)閹д姾拓?fù)電的離子.帶正電的Li離子和帶負(fù)電的Si離子會(huì)形成一個(gè)較強(qiáng)的局域電場(chǎng),這對(duì)于后續(xù)的氫氣存儲(chǔ)非常重要.同時(shí),從圖4的態(tài)密度圖中可以看到,Si的s和p軌道與Li的s和p軌道產(chǎn)生了顯著的雜化(?4.98—?0.51 eV以及0.60—6.23 eV),表明Li的s和p軌道參與了成鍵過(guò)程,同時(shí)也暗示了Li和Si之間存在著電荷轉(zhuǎn)移.Li原子的p軌道也參與了成鍵,這是因?yàn)樵贚i原子和Si原子軌道雜化的過(guò)程中,Li原子首先向Si原子貢獻(xiàn)了自己的s電子,導(dǎo)致部分Si原子的p軌道被占據(jù);隨后,周圍Si原子產(chǎn)生的配位場(chǎng)使空的Li原子p軌道發(fā)生劈裂,并將一部分電子貢獻(xiàn)回Li的p軌道,最終使得Li和Si之間存在較強(qiáng)的s-p和p-p軌道雜化[30].此外,由于Li原子的存在,Li0.50Si0.50硅烯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了約0.7 eV的能隙,因此該結(jié)構(gòu)具有半導(dǎo)體特性.

圖4 Li0.50Si0.50硅烯結(jié)構(gòu)態(tài)密度圖Fig.4.Diagram of density of states of Li0.50Si0.50.

3.3 不同Li組分下硅烯體系的氫存儲(chǔ)研究

3.3.1 最大儲(chǔ)氫量判斷和結(jié)構(gòu)分析

基于上述優(yōu)化后的硅烯結(jié)構(gòu),對(duì)各Li組分下硅烯超胞結(jié)構(gòu)的氫存儲(chǔ)性能進(jìn)行了研究.我們將氫氣分子以不同的位置和方向逐個(gè)添加在Li原子周圍,借助結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)判斷該硅烯體系的最大儲(chǔ)氫量.通常情況下,Li修飾硅烯一旦達(dá)到了最大儲(chǔ)氫量,后續(xù)添加的氫氣分子在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后會(huì)被排斥而遠(yuǎn)離Li原子,以保證硅烯體系的總能量最低[20].因此,定義氫氣吸附距離為氫鍵中心點(diǎn)到Li原子之間的距離,并通過(guò)比較各氫氣分子和第一個(gè)吸附在該Li原子上的氫氣分子的吸附距離來(lái)判斷硅烯體系是否已經(jīng)達(dá)到最大儲(chǔ)氫量.本文以Li組分最低的Li0.11Si0.89硅烯結(jié)構(gòu)為例,介紹硅烯的最大儲(chǔ)氫量判定過(guò)程(圖5(a)).在這一過(guò)程中,我們還統(tǒng)計(jì)了該硅烯結(jié)構(gòu)在吸附氫氣過(guò)程中各氫氣分子的吸附距離,如圖5(b)所示.從圖5(a)和圖5(b)中可以看到,只添加了1個(gè)氫氣分子時(shí),該氫氣分子在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后傾斜地吸附在Li原子上,相應(yīng)的吸附距離為1.96 ?;當(dāng)添加了2個(gè)氫氣分子時(shí),結(jié)構(gòu)優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),這2個(gè)氫氣分子在吸附后組成了一個(gè)俯視圖上近似線性的結(jié)構(gòu),相應(yīng)的吸附距離分別為2.01 ?和2.02 ?;當(dāng)添加3個(gè)氫氣分子時(shí),各氫氣分子的吸附距離在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后增加到了2.05 ?,最終組成一個(gè)俯視圖上近似對(duì)稱的三角結(jié)構(gòu);繼續(xù)添加氫氣分子,結(jié)構(gòu)優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)添加的氫氣分子被排斥而遠(yuǎn)離Li原子,相應(yīng)的吸附距離變?yōu)?.96 ?,遠(yuǎn)大于第一個(gè)氫氣分子的吸附距離.可見(jiàn),硅烯中的單個(gè)Li原子最多能吸附3個(gè)氫氣分子,這與Wang等[9]的研究結(jié)果相同.因此,Li0.11Si0.89硅烯結(jié)構(gòu)的最大質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度為2.54 wt%,相應(yīng)的平均吸附能為0.58 eV/H2.

圖5 Li0.11Si0.89硅烯最大儲(chǔ)氫量判斷的(a)結(jié)構(gòu)圖,(b)氫氣吸附距離統(tǒng)計(jì)圖Fig.5.Diagrams of(a)geometry structures with(b)corresponding adsorption distance statistics of Li0.11Si0.89 during the maximum hydrogen storage judgment.

根據(jù)上述最大儲(chǔ)氫量判定方法,本文繼續(xù)對(duì)其他硅烯結(jié)構(gòu)的最大儲(chǔ)氫量進(jìn)行了研究.由于硅烯中的每個(gè)Li原子最多能吸附3個(gè)氫氣分子,因此我們?cè)诳紤]各硅烯結(jié)構(gòu)的氫氣吸附構(gòu)型時(shí),在每個(gè)Li原子附近擺放3個(gè)氫氣分子,擺放的初始位置和方向與Li0.11Si0.89硅烯中的氫氣分子類似,并且盡量使相鄰Li原子吸附的氫氣分子之間保持一定距離.經(jīng)過(guò)多次氫氣分子的位置、方向調(diào)整和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,最終以未被排斥遠(yuǎn)離Li原子的氫氣分子數(shù)量作為該硅烯體系的最大儲(chǔ)氫數(shù)量.最終各硅烯體系的最大儲(chǔ)氫后結(jié)構(gòu)和氫存儲(chǔ)性能可分別見(jiàn)圖6和表1所列.從圖6和表1中可以看到,隨著Li組分的不斷增加,儲(chǔ)氫量也不斷上升,表明提高Li吸附組分能夠有效提升Li修飾硅烯的氫存儲(chǔ)能力.Li0.20Si0.80,Li0.33Si0.67,Li0.43Si0.57和Li0.50Si0.50硅烯結(jié)構(gòu)分別最多能夠吸附6個(gè)、8個(gè)、14個(gè)和18個(gè)氫氣分子,計(jì)算獲得的最大質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度分別達(dá)到4.82 wt%,6.00 wt%,9.58 wt%和11.46 wt%,相應(yīng)的平均吸附能分別為0.47 eV/H2,0.54 eV/H2,0.41 eV/H2和0.34 eV/H2.從表1中還可以看到,在計(jì)算中單獨(dú)使用GGA會(huì)嚴(yán)重低估氫氣分子的平均吸附能,而使用范德瓦耳斯修正能有效改善該問(wèn)題,這與前人的報(bào)道相符合[8,14,22].最終可以發(fā)現(xiàn),Li0.33Si0.67,Li0.43Si0.57和Li0.50Si0.50硅烯結(jié)構(gòu)的最大質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度和平均吸附能都達(dá)到了DOE制定的儲(chǔ)氫標(biāo)準(zhǔn),能夠作為氫存儲(chǔ)材料使用,具有潛在的應(yīng)用前景.

圖6 不同Li組分下硅烯體系的最大儲(chǔ)氫結(jié)構(gòu)俯視和側(cè)視圖Fig.6.Top(upper panels)and side(bottom panels)views of geometry structures of LixSi1?xwith the maximum hydrogen storage.

表1 各硅烯體系的氫存儲(chǔ)性能Table 1.The hydrogen storage properties of LixSi1?x.

3.3.2 儲(chǔ)氫機(jī)理分析

為了探究Li修飾硅烯結(jié)構(gòu)的氫吸附機(jī)理,本文以儲(chǔ)氫量最大的Li0.50Si0.50-18H2硅烯結(jié)構(gòu)為例,對(duì)Mulliken電荷布居、差分電荷密度和態(tài)密度進(jìn)行了分析.從Mulliken電荷布居可知,隨著Li0.50Si0.50硅烯不斷吸附氫氣分子,Li原子不斷失去電子,每個(gè)Li原子失去電子的數(shù)量從0.77個(gè)電子單調(diào)增加到1.15個(gè).這一失去電子的單調(diào)過(guò)程會(huì)使電荷轉(zhuǎn)移形成的局域電場(chǎng)(Li正離子和Si負(fù)離子)不斷加強(qiáng),并通過(guò)極化作用吸附更多的氫氣,這在差分電荷密度圖中可以清楚地看到(圖7(a)).黑色虛圓內(nèi)的氫氣分子靠近Li原子一側(cè)的電荷密度增加(橙色),而遠(yuǎn)離一側(cè)的電荷密度減少(藍(lán)色),從而說(shuō)明該氫氣分子在局域強(qiáng)電場(chǎng)作用下被極化而形成了局部電偶極矩.因此,Li,Si離子同極化氫氣分子之間的靜電相互作用是Li修飾硅烯吸附氫氣的原因之一.

圖7 Li0.50Si0.50-18H2硅烯結(jié)構(gòu)的(a)差分電荷密度圖,(b)態(tài)密度圖Fig.7.Diagrams of(a)charge density differences and(b)density of states of Li0.50Si0.50-18H2.

此外,從圖7(b)的態(tài)密度圖中可以看到,H的s和p軌道同Li,Si的s和p軌道存在不同程度的雜化(?0.95—?0.44 eV以及0.98—9.65 eV),說(shuō)明軌道雜化作用在Li修飾硅烯氫存儲(chǔ)過(guò)程中也發(fā)揮了重要作用.結(jié)合Mulliken電荷布居的分析,發(fā)現(xiàn)各H原子從Li原子處獲得了數(shù)量不等的電子,說(shuō)明軌道雜化作用加強(qiáng)了Li正離子、Si負(fù)離子和極化氫氣分子之間的靜電作用.值得注意的是,存在兩類氫氣分子(圖7(a)中紅色虛圓內(nèi))周圍的電荷密度增減情況與其他氫氣分子不同,且其吸附距離相較于其他各氫氣分子較大(2.37 ?和2.75 ?).本文嘗試在結(jié)構(gòu)優(yōu)化前將這兩類氫氣分子遠(yuǎn)離硅烯表面,但在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后這兩類氫氣分子仍然被吸附回硅烯表面,且其態(tài)密度圖和其他氫氣分子類似,因此我們認(rèn)為上述兩類氫氣分子也被Li修飾硅烯所吸附,其吸附機(jī)理主要為軌道雜化作用.總體來(lái)看,氫氣分子的氫鍵鍵長(zhǎng)在吸附后略有增長(zhǎng)(由0.748 ?變?yōu)?.766 ?),表明靜電相互作用和軌道雜化作用只是促進(jìn)了Li修飾硅烯對(duì)氫氣的吸附,并未將氫氣分子解離而破壞,這對(duì)于氫氣分子在Li修飾硅烯中的存儲(chǔ)和釋放非常重要.

4 結(jié) 論

借助第一性原理計(jì)算方法,對(duì)不同Li吸附組分下硅烯的穩(wěn)定性、氫存儲(chǔ)性能和機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn),在Li吸附組分達(dá)到0.50而飽和前,各硅烯體系中Li原子的平均結(jié)合能在大于其內(nèi)聚能的基礎(chǔ)上,隨Li組分的增加而呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì),表明在一定范圍內(nèi)提高Li修飾硅烯中的Li組分不會(huì)影響硅烯體系的穩(wěn)定性,進(jìn)一步說(shuō)明本文研究不同Li組分下硅烯的氫存儲(chǔ)性能具有可行性.在確保穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,通過(guò)依次添加氫氣分子,發(fā)現(xiàn)硅烯體系的最大氫存儲(chǔ)量會(huì)隨著Li組分從0.11到0.50的增加而增大,并且當(dāng)Li原子吸附達(dá)到飽和時(shí)達(dá)到最大,相應(yīng)的最大質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度為11.46 wt%,平均吸附能為0.34 eV/H2,達(dá)到美國(guó)能源部制定的儲(chǔ)氫標(biāo)準(zhǔn),表明提高Li吸附組分至其飽和在理論上能有效提高硅烯的氫存儲(chǔ)性能,使Li修飾硅烯成為良好的氫存儲(chǔ)材料.同時(shí)發(fā)現(xiàn),Li,Si離子與極化氫氣分子之間的靜電相互作用和H,Li,Si的s和p軌道之間的雜化作用是Li修飾硅烯可具備較大儲(chǔ)氫能力的關(guān)鍵.上述研究結(jié)果揭示了Li修飾硅烯的儲(chǔ)氫機(jī)理,并為充分挖掘Li修飾硅烯的氫存儲(chǔ)性能和硅烯在未來(lái)氫存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo).

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