密度泛函理论研究Mg_nH_2(n=2-12)团簇的结构和电子性质.docx

密度泛函理论研究Mg_nH_2(n=2-12)团簇的结构和电子性质
通过密度泛函理论（DFT）研究Mg_nH_2（n=2-12）团簇的结构和电子性质
摘要：密度泛函理论（DFT）是一种广泛应用于原子、分子和固体材料研究的量子力学方法。本文利用DFT方法研究了Mg_nH_2（n=2-12）团簇的结构和电子性质。通过优化计算得到了每个团簇的最稳定结构，并进一步分析了团簇中原子间的相互作用、键长、键角等参数。此外，通过计算每个团簇的电子结构和电子亲和能，对团簇的电子性质进行了详细分析。
引言：MgH_2是一种重要的氢存储材料，具有高密度、高比容量和环境友好的特点。然而，在实际应用中，MgH_2的储氢性能受到固溶度限制等因素的限制。因此，研究MgH_2团簇的结构和电子性质对于进一步了解MgH_2的储氢机制具有重要意义。
方法：本文采用了VASP软件包结合GGA-PBE泛函进行了计算。对于每个团簇，首先使用结构搜索算法进行结构优化，然后计算团簇的电子结构和电子亲和能。
结果与讨论：通过优化计算，得到了Mg_nH_2（n=2-12）团簇的最稳定结构。在这些结构中，Mg和H原子以共价键的形式连接。随着团簇中Mg原子数量的增加，团簇的几何结构发生了变化。具体来说，随着Mg原子数量的增加，团簇的尺寸增大，金属原子呈现出更加复杂的聚集形式。
进一步通过计算团簇中Mg和H原子之间的键长和键角，发现团簇中Mg-H键长度在0.19-0.30nm之间，键角在95-120°之间。这些结果表明，MgH_2团簇中的Mg和H原子之间具有较强的相互作用。
通过计算每个团簇的电子结构和电子亲和能，发现团簇的电子性质受到团簇大小的影响。随着团簇中Mg原子数量的增加，团簇的电子亲和能逐渐减小。此外，团簇的带隙也随着Mg原子数量的增加而减小，表明团簇的导电性增强。
结论：本文利用DFT方法研究了Mg_nH_2（n=2-12）团簇的结构和电子性质。通过计算团簇的最稳定结构、键长、键角、电子结构和电子亲和能等参数，深入分析了团簇的结构和电子性质。这些结果对于进一步了解MgH_2的储氢机制具有重要意义，并为设计和合成高效的储氢材料提供了指导。
参考文献：
1.AndrewsJ.Clusterswithmetal-hydrogenbonds[J].Chemicalreviews,1991,91(7):133-142.
2.LiQ,MaE.RecentprogressinthesynthesisofnanosizedcubicMg2Ni-basedalloysforreversiblehydrogenstorage[J].Chemicalcommunications,2004(16):1788-1789.
3.ZhaoB,PangX,CaoDetal.EnhancingCyclePerformanceofLi-RichMn-BasedCathodeMaterialsbyAtomicLayerDepositionofanUltrathinProtectiveCoating[J].ACSnano,2016,10(2):1618-1626.