A3-xBxAlH6复合氢化物的计算设计及其高效储氢性能研究

本研究针对固态储氢材料动力学性能差、可逆性不足等关键问题，通过密度泛函理论(DFT)系统研究了A3-xBxAlH6(A/B=Li,Na,K)九种复合氢化物的物理特性。研究发现β-Na2LiAlH6等材料具有5.11-11.23 wt%的储氢容量，并证实其机械/热稳定性，为开发新型储氢材料提供了理论依据。

　　

在全球能源转型背景下，氢能因其能量密度高、零碳排放等优势成为替代化石能源的理想选择。然而氢气的安全高效存储仍是制约其规模化应用的瓶颈，现有高压气态和低温液态储氢方式存在安全隐患和能耗过高的问题。固态储氢材料虽能克服这些缺陷，但普遍面临可逆性差、动力学缓慢等挑战。针对这一难题，研究人员对A_3-xB_xAlH₆系列复合氢化物展开了系统性研究。

研究团队采用量子ESPRESSO软件包，基于密度泛函理论(DFT)框架，结合广义梯度近似(GGA)下的PBE泛函，对九种氢化物的结构稳定性、电子性质、力学行为等进行多尺度模拟。通过声子谱计算评估动态稳定性，采用应力-应变关系分析机械性能，并计算电子能带结构揭示半导体特性。

结构稳定性与储氢性能
晶体结构分析显示α-Na₂LiAlH₆等呈立方相，β-Na₂LiAlH₆为单斜相。声子谱证实除α-Na₂LiAlH₆和K₃AlH₆存在虚频外，其余材料均具动态稳定性。Li₃AlH₆表现出最高储氢容量(11.23 wt%)，显著优于K₃AlH₆(4.02 wt%)。

电子与机械特性
所有化合物均呈现半导体特性，带隙范围1.5-3.2 eV。弹性常数计算表明材料满足Born-Huang准则，具有机械稳定性，其中K₂NaAlH₆展现出最优异的抗变形能力。

热力学行为
德拜温度计算显示Na₃AlH₆具有最高热稳定性(θ_D=632 K)，热容曲线符合Dulong-Petit定律，预示材料在高温工况下的可靠性。

该研究首次全面解析了A_3-xB_xAlH₆氢化物体系的多尺度特性，不仅阐明Li掺杂提升储氢容量的机制，更为材料筛选提供了动态稳定性判据。特别是发现β-Na₂LiAlH₆兼具5.11 wt%储氢量和良好机械强度，为开发实用化储氢装置奠定了理论基础。论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，对推动氢能技术进步具有重要指导价值。