Na2LiAlH6空位工程：提升氢存储性能推动可持续能源发展

为应对化石能源枯竭与环境恶化，研究人员通过DFT计算探究Na2LiAlH6与缺陷型Na2LiH6的物理特性。研究发现，移除Al原子可降低解吸温度并提升重量储氢率（9.23 wt%），同时揭示了两种材料在红外/紫外光电应用的潜力，为固态储氢材料设计提供新思路。

　　

随着全球人口增长与能源需求激增，化石燃料的过度消耗已引发严峻的环境危机和能源困境。燃烧化石燃料释放的温室气体对生态系统造成不可逆损害，而氢能因其零CO₂排放和高能量密度被视为未来能源的重要选择。然而，氢气在气态或液态存储中存在安全风险和运输难题，这使得固态储氢技术成为研究热点。在众多候选材料中，钙钛矿氢化物因其可逆吸放氢能力、高氢密度和结构可调性备受关注，但其实际应用仍面临储氢容量和操作温度等挑战。

为突破这些限制，由King Saud University的Hudabia Murtaza团队领衔的研究，通过第一性原理计算系统研究了Na₂LiAlH₆及其缺陷型Na₂LiH₆的物理性质。研究采用FP-LAPW（全势线性缀加平面波）方法和mBJ（修正的Becke-Johnson）势函数，重点分析了结构稳定性、弹性性能、电子结构和光学特性，相关成果发表在《International Journal of Hydrogen Energy》上。

关键技术方法
研究基于Wien2K软件包进行DFT计算，通过FP-LAPW方法求解Kohn-Sham方程；采用mBJ势精确处理电子关联效应；通过能量-应变张量二阶导数计算弹性常数；利用Kramers-Kronig关系分析介电函数；通过体积优化曲线和容忍因子评估结构稳定性。

研究结果

结构稳定性
体积优化显示Na₂LiAlH₆具有更高的基态能量（-3.45 eV）和晶格常数（7.12 ?），容忍因子接近1表明其完美立方结构。移除Al导致Na₂LiH₆体积收缩11.3%，但形成能仍为负值（-2.18 eV），证实热力学稳定性。

固态储氢特性
缺陷工程使重量储氢率从6.52 wt%提升至9.23 wt%，解吸温度降低42℃，归因于Al移除后晶格应力减小。弹性波分析显示Na₂LiH₆的剪切波速降低37%，表明氢扩散能垒减少。

弹性性能
Na₂LiAlH₆的弹性常数C₁₁（148 GPa）显著高于缺陷材料（89 GPa），但两者均满足力学稳定性判据。泊松比分析表明Na₂LiH₆更具延展性，利于氢循环过程中的体积变化适应。

电子结构
mBJ计算揭示Na₂LiAlH₆具有5.37 eV间接带隙，而Na₂LiH₆呈现金属性。电荷密度分布显示Al-H键具有更强离子性，这解释了前者更高的结构刚性。

光学性能
Na₂LiH₆在红外区（1.5-4 μm）折射率变化达2.7，适合红外传感器；Na₂LiAlH₆在紫外区（200-400 nm）介电函数实部峰值达6.1，适用于UV探测器。

结论与意义
该研究首次通过空位工程策略调控双钙钛矿氢化物的储氢与光电性能。缺陷引入不仅提升储氢容量，还通过降低解吸温度解决了实际应用中的热力学障碍。两种材料在红外/紫外光电领域的性能分化为多功能材料设计提供范例。研究成果为开发"高容量-低温释放"储氢材料指明方向，同时拓展了钙钛矿氢化物在清洁能源与光电器件的应用场景。沙特团队的工作证实，通过精确控制空位缺陷可协同优化材料的多功能性，这对推动氢经济与可持续发展具有重要实践价值。