袁 江，周惦武，魏红伟



TiF3对MgH2体系解氢热力学影响的第一性原理研究

袁 江1, 2，周惦武1，魏红伟2

(1. 湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙 410082；2. 张家界航空工业职业技术学院 航空维修系，张家界 427000)

基于TiF3作为催化剂提高MgH2解氢性能的实验结果，采用基于密度泛函理论的Dmol3程序包，计算从MgH2体系中移走H原子所需能量及几何、电子结构的改变，探讨TiF3对MgH2体系解氢热力学影响及提高其解氢性能的机理。结果表明：Ti替代Mg，体系中Ti—H的成键作用比Mg-H强，Ti将MgH2中的H吸附到其周围，导致MgH2中Mg周围的H减少；创造Mg空位，随着温度的提高，体系中H—H之间的键长变短，两者情形均利于提高MgH2体系的热力学行为。创造Mg空位所需能量(6.65 eV)高于Ti替代Mg的能量(2.34 eV)，表明低温下，Ti替代Mg对MgH2体系解氢更为有利，至此TiF3中的Ti替代MgH2中的Mg，利于加快化学反应的进行，使结构稳定的MgH2发生转变，生成结构不稳定的TiH2，这样体系解氢过程不是通过MgH2，而是转化为TiH2进行，因此TiF3可提高MgH2体系的解氢性能。

MgH2；TiF3；密度泛函理论；解氢性能

镁氢化合物(MgH2)理论储氢量高(质量分数7.6%)，同时Mg资源丰富，质量轻，价格低廉，在燃氢飞机[1]、燃氢汽车和二次碱性电池等方面有广泛的应用前景。然而，MgH2较高的解氢温度与缓慢的解氢热力学等问题制约了其在工业上的实际应用[2]。为改善MgH2解氢热力学行为和降低其解氢温度，国内外学者开展了大量工作[3−5]。NURUL等[6]实验发现10% Nb3FeF6(质量分数，下同)添加可降低MgH2体系解氢温度100~162 ℃，其中反应过程中NbF5具有高效的催化作用。GRZECH等[7]通过对比MgH2和混合物MgH2+5%TiF3球磨实验结果，发现掺杂TiF3可细化MgH2颗粒尺寸，降低体系解氢温度。……