Ti 掺杂 MgB2H8 热力学、动力学与可逆性平衡：固态氢储存材料的第一性质评估
材料科学
2026-04-13 v1
摘要
氢储存是可持续氢能系统开发的关键挑战，材料必须满足储存容量、热力学、动力学和可逆性等要求。复杂硼氢盐因其高氢密度而具吸引力，但因氢扩散缓慢和不利脱附热力学受到实际应用限制。本文进行了原始 MgB2H8 和 Ti 掺杂 MgB2H8 作为固态氢储存材料的第一性质研究。密度泛函理论计算表明，原始 MgB2H8 的比氢容量约为14.9 wt%，但脱附焓约为42 kJ/mol H2，扩散势垒约为0.5 eV，限制了其在中等温度下的性能。以 Mg 位点掺杂 Ti 可改善这些特性，同时保持结构稳定性。掺杂体系保留约10.4 wt% 的高氢容量，脱附焓降至约36 kJ/mol H2，位于氢释放的有利热力学范围内。采用 nudged elastic band 方法计算显示，氢迁移势垒降至约0.38 eV，表明扩散动力学得到改善。声子与弹性分析确认 Ti 掺杂保持稳定性。电子结构分析表明，Ti 3d 态接近费米能级可减弱 B-H 键合，稳定中间氢构型，从而解释了性能的提升。这些结果将 Ti 掺杂 MgB2H8 确定为一种有前景的氢储存材料。
引用
@article{arxiv.2604.09226,
title = {Balancing Thermodynamics, Kinetics, and Reversibility in Ti-Doped MgB2H8: A First-Principles Assessment of a Practical Solid-State Hydrogen Storage Material},
author = {Sikander Azam and Wilayat Khan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.09226},
year = {2026}
}