镍掺杂小镁团簇中可逆储氢的合金化比例与团簇尺寸：色散校正 DFT 研究

采用色散校正密度泛函理论（$\omega$B97X-D DFT）方法研究 $Ni_nMg_m$ $(1\geq n\geq 3,1\geq m\geq9)$ 团簇中的分子氢吸附。所有这些团簇均能在物理吸附与化学吸附之间优选的结合能（BE）范围，即 $0.1 eV\geq BE \geq0.8$eV 内有效吸附多个 $H_2$。$H_2$ 在 $Ni_kMg_k$（Ni:Mg=1:1）、$Ni_kMg_{2k}$（Ni:Mg=1:2）和 $Ni_kMg_{3k}$（Ni:Mg=1:3）（k=1-3）团簇上的吸附在 Ni:Mg 合金化比例和团簇尺寸方面表现出引人注目的行为。在每个 Ni:Mg 比例下，较重团簇（k=2, 3）中吸附的 $H_2$ 数目成为最轻构型（k=1）中的整数倍。因此，分子氢的质量密度在每个 Ni:Mg 比例下保持固定，与团簇尺寸无关。对应的值分别为 $17.94$ $wt\%$ $(1:1)$、$14.46$ $wt\%$ $(1:2)$ 和 $13.28$ $wt\%$ $(1:3)$，显著高于美国能源部（DOE）设定的 $6.5$ $wt\%$ 最终目标。分子动力学模拟进一步揭示，所有团簇在室温下几乎均可脱附全部 $H_2$ 分子。