Li4BN3H10反应能量学与晶体结构的第一性原理研究
材料科学
2007-05-23 v2 其他凝聚态物理
摘要
我们利用密度泛函理论研究了新型四元氢化物Li4BN3H10的晶体结构以及形成和脱氢反应的有限温度热力学。最近两项基于X射线和中子衍射的研究报道了该相的三种体心立方晶体结构。虽然这些结构具有相同的空间群和相似的晶格常数，但内部坐标差异导致键长偏差高达0.2 Å。对实验结构的几何优化计算表明，表观偏差是X射线与强键极化相互作用的产物；弛豫后的结构本质上是相同的。关于反应能量学，本计算预测形成反应3LiNH₂ + LiBH₄ → Li4BN3H10是放热的，焓变ΔH(T=300K) = -11.8 kJ/(mol f.u.)，与文献中关于Li4BN3H10自发形成的报道一致。已有关于脱氢反应的量热实验报道，但难以解释。为帮助澄清热力学，我们评估了T = 0-1000 K温度范围内十七条候选脱氢反应路径的自由能。在实验观察到H₂释放的温度（T ~ 520-630 K）下，最有利的脱氢反应是Li4BN3H10 → Li3BN2 + LiNH₂ + 4 H₂，该反应为弱吸热反应[ΔH(T=550K) = 12.8 kJ/(mol H₂)]。计算得到的小ΔH与文献中报道的再氢化尝试失败一致，并表明脱氢所需的中等高温源于缓慢的动力学。
引用
@article{arxiv.cond-mat/0607687,
title = {Reaction energetics and crystal structure of Li4BN3H10 from first principles},
author = {Donald J. Siegel and C. Wolverton and V. Ozolins},
journal= {arXiv preprint arXiv:cond-mat/0607687},
year = {2007}
}
备注
9 pages, 2 figures Revised version