电场中LiF分子吸附H 2 的理论研究
发布时间：2021-06-30 08:41
采用密度泛函理论方法研究了电场中H2在LiF分子上的吸附行为.结果表明,无电场时,H2能在Li与F原子上形成弱的物理吸附.外加电场可显著提高其吸附强度, H2在Li/F上的吸附能由无电场时的-0.112/-0.122eV提高到场强为0.005 a. u.时的-0.122/-0.171 eV, H2吸附在F上时更稳定.利用分子中的原子量子理论（QTAIM）方法研究了电场增强吸附的机理,表明电场促进了H2与LiF间的电荷转移,同时使LiF及H2极化,增强了其间的静电作用,从而提高了吸附强度.电场中LiF最多能吸附10个H2,相应的质量密度达43.5 wt%.表明电场诱导LiF材料吸附H2是一种具有潜力的储氢方法.
【文章来源】：原子与分子物理学报. 2020,37(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同场强下H2 吸附在LiF分子上的稳定结构. 白色球Li原子,黑色球F原子,橙色球H原子.
表2 H2在LiF上吸附结构的拓扑参数Table 2 The topological parameters for the adsorption structures of H2 on LiF . F/a. u. H2 on Li H2 on F BCP ρ ?2ρ H(r) ELF BCP ρ ?2ρ H(r) ELF 0.000 Li -F 0.074 0.737 0.025 0.052 Li -F 0.072 0.719 0.025 0.061 H-H 0.259 -1.044 -0.261 1.000 H-H 0.256 -1.029 -0.258 1.000 Li -H 0.009 0.046 0.004 0.016 Li -H 0.017 0.057 0.002 0.049 0.005 Li -F 0.071 0.702 0.024 0.051 Li -F 0.069 0.688 0.024 0.051 H-H 0.258 -1.040 -0.260 0.999 H-H 0.254 -1.015 -0.255 0.999 Li -H 0.011 0.048 0.003 0.018 Li -H 0.019 0.066 0.001 0.053约化密度梯度(RDG(r))是研究弱相互作用的有力工具,其定义为:
对一个体系,当某些位置的ρ(r)和RDG(r)均较小时,对应于弱相互作用区域. 电场中LiF 吸附体系的RDG(r)如图3所示. 无论在Li还是F上, H2与Li和F原子间均出现紫色的弱相互作用区域,表明H2与Li/F间确实存在弱相互作用,这与拓扑分析的结果一致.如何知道这两个弱相互作用的类型?根据QTAIM理论,BCP电子密度Hessian矩阵的第二个本征值(λ2)为负值. 同时弱相互作用强度与ρ(r)相关,如范德华作用具有很小的ρ(r),而位阻效应等互斥作用则具有相对较大的ρ(r). 因此λ2的正负号(记为[λ2])与ρ(r)的乘积(记为[λ2]ρ(r))可作为确定弱相互作用类型的指标函数. 利用[λ2]ρ(r)结合RDG(r),不仅可以定位体系中弱相互作用的位置,同时也能确定弱相互作用的类型. 利用[λ2]ρ(r)值对RDG(r)等能面进行填色,只需考察弱相互作用区域的颜色,即可确定其类型. 蓝色表示氢键、卤键等具有较强吸引的相互作用;绿色表示范德华吸引作用;而红色则表示位阻效应对应的互斥作用. 电场中Li/F吸附H2体系的RDG(r)等能面填色图如图4所示. 由图可见, H2与Li/F原子间是绿色的弱相互作用区域,表明其间是范德华吸引作用.
【参考文献】：
期刊论文
[1]外电场作用下CF3I分子结构特性及性质[J]. 李亚莎,刘国成,刘志鹏,谢云龙,徐程. 原子与分子物理学报. 2019(02)
[2]外电场下GaN的特性研究[J]. 杨敏,吴永刚,徐梅,令狐荣锋. 原子与分子物理学报. 2018(03)
[3]LiF分子在外电场中的物理性质研究[J]. 徐梅,令狐荣锋,李应发,杨向东,王晓璐. 物理学报. 2012(09)
[4]Effect of vacancy defect on electrical properties of chiral single-walled carbon nanotube under external electrical field[J]. 罗煜聘,田力耕,蔡春鸿,李明宪,李丰颖. Chinese Physics B. 2011(01)
本文编号：3257425
【文章来源】：原子与分子物理学报. 2020,37(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同场强下H2 吸附在LiF分子上的稳定结构. 白色球Li原子,黑色球F原子,橙色球H原子.
表2 H2在LiF上吸附结构的拓扑参数Table 2 The topological parameters for the adsorption structures of H2 on LiF . F/a. u. H2 on Li H2 on F BCP ρ ?2ρ H(r) ELF BCP ρ ?2ρ H(r) ELF 0.000 Li -F 0.074 0.737 0.025 0.052 Li -F 0.072 0.719 0.025 0.061 H-H 0.259 -1.044 -0.261 1.000 H-H 0.256 -1.029 -0.258 1.000 Li -H 0.009 0.046 0.004 0.016 Li -H 0.017 0.057 0.002 0.049 0.005 Li -F 0.071 0.702 0.024 0.051 Li -F 0.069 0.688 0.024 0.051 H-H 0.258 -1.040 -0.260 0.999 H-H 0.254 -1.015 -0.255 0.999 Li -H 0.011 0.048 0.003 0.018 Li -H 0.019 0.066 0.001 0.053约化密度梯度(RDG(r))是研究弱相互作用的有力工具,其定义为:
对一个体系,当某些位置的ρ(r)和RDG(r)均较小时,对应于弱相互作用区域. 电场中LiF 吸附体系的RDG(r)如图3所示. 无论在Li还是F上, H2与Li和F原子间均出现紫色的弱相互作用区域,表明H2与Li/F间确实存在弱相互作用,这与拓扑分析的结果一致.如何知道这两个弱相互作用的类型?根据QTAIM理论,BCP电子密度Hessian矩阵的第二个本征值(λ2)为负值. 同时弱相互作用强度与ρ(r)相关,如范德华作用具有很小的ρ(r),而位阻效应等互斥作用则具有相对较大的ρ(r). 因此λ2的正负号(记为[λ2])与ρ(r)的乘积(记为[λ2]ρ(r))可作为确定弱相互作用类型的指标函数. 利用[λ2]ρ(r)结合RDG(r),不仅可以定位体系中弱相互作用的位置,同时也能确定弱相互作用的类型. 利用[λ2]ρ(r)值对RDG(r)等能面进行填色,只需考察弱相互作用区域的颜色,即可确定其类型. 蓝色表示氢键、卤键等具有较强吸引的相互作用;绿色表示范德华吸引作用;而红色则表示位阻效应对应的互斥作用. 电场中Li/F吸附H2体系的RDG(r)等能面填色图如图4所示. 由图可见, H2与Li/F原子间是绿色的弱相互作用区域,表明其间是范德华吸引作用.
【参考文献】：
期刊论文
[1]外电场作用下CF3I分子结构特性及性质[J]. 李亚莎,刘国成,刘志鹏,谢云龙,徐程. 原子与分子物理学报. 2019(02)
[2]外电场下GaN的特性研究[J]. 杨敏,吴永刚,徐梅,令狐荣锋. 原子与分子物理学报. 2018(03)
[3]LiF分子在外电场中的物理性质研究[J]. 徐梅,令狐荣锋,李应发,杨向东,王晓璐. 物理学报. 2012(09)
[4]Effect of vacancy defect on electrical properties of chiral single-walled carbon nanotube under external electrical field[J]. 罗煜聘,田力耕,蔡春鸿,李明宪,李丰颖. Chinese Physics B. 2011(01)
本文编号：3257425
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