Pd与PdAu合金透氢性能的计算机模拟

论文摘要

氢作为一种清洁的能源载体,具有燃烧性能好、燃烧速度快、燃烧产物无毒、清洁等优点,具有广泛的发展潜力。如果能将太阳能制氢工业化,那么氢能将是一种可再生能源。而钯及其合金膜由于具有透氢性好和耐高温等特点被用作氢气分离器。预测各种条件下金属钯膜的性能对于实际生产是很有意义的。在理论可靠,方法可行的情况下,通过计算机模拟的手段,可以减少实验的工作量,较为方便地预测钯膜的性能。有关钯膜及其复合膜透氢性质的模拟预测工作,大致可以分为研究氢在膜主体内的扩散以及氢在表面的吸附过程两个方面。本文运用多种方法对氢在膜主体内的扩散进行了研究:运用基于密度泛函理论方法(DFT方法)的CASTEP模块研究了原子氢和金属晶胞空隙位的结合能Eb ;运用基于分子动力学方法的Discover模块计算了氢在钯中的扩散系数Ds。计算结果纯钯中八面体(O位置)空隙位的Eb ? ? 0.10eV,这个用CASTEP模块计算出来的值和文献上用VASP模块计算出来的值( ? 0.12eV)比较接近。对于四面体(T位置)位置,如果要将氢原子从O位置移动到T位置必须突破一个0.33eV的能量壁垒,所以实际基态的氢原子都只存在于O位置,符合文献报道。另外本文还对PdAu合金进行了结合能Eb的计算,很好的解释了当Pd中的Au含量大于25%时,溶解性随着金含量的升上而下降的现象。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 钯膜及其复合膜概述
• 1.2 钯膜透氢原理及其模型
• 1.2.1 氢透过钯膜的过程
• 1.2.2 钯膜透氢的数学模型
• 1.3 计算机模拟方法
• 1.3.1 Monte Carlo 方法
• 1.3.2 分子动力学方法
• 1.3.3 从头计算法以及密度泛函理论方法
• 1.3.4 模型势方法
• 1.3.5 综合性方法
• 1.3.5.1 从头算分子动力学方法
• 1.3.5.2 其他方法
• 1.4 本章小节
• 第二章 模型的建立
• 2.1 目标函数
• 2.2 计算机平台以及模拟软件
• 2.3 纯钯的情况
• 2.3.1 Eb 的计算
• 2.3.2 Eb 的修正
• 2.3.3 Ds的计算
• 2.4 PdAu 合金的情况
• 2.4.1 Eb 的计算
• 2.4.2 Eb 的修正
• 2.5 模型稳定性的验证
• 2.6 本章小结
• 第三章 结果讨论
• 3.1 纯钯的计算结果
• H/metal（O ）和E_metal的结果'>3.1.1 E_H/metal（O ）和E_metal的结果
• H₂ 的结果'>3.1.2 E_H2的结果
• b （ O ）'>3.1.3 计算并修正E_b （ O ）
• H/metal （T ） 的计算结果'>3.1.4 E_H/metal （T ） 的计算结果
• 3.1.5 Ds的计算结果
• 3.2 钯金合金的计算结果
• 3.3 模型稳定性验证的结果
• 3.4 本章小节
• 第四章 总结与展望
• 4.1 总结
• 4.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢