钠钾/镁掺杂铍氢化物Na1-xKxBeH3与NaBe1-xMgxH3的固态储氢性能第一性原理研究

本文通过密度泛函理论（DFT）计算，系统研究了钾（K）和镁（Mg）掺杂对NaBeH3储氢性能的优化作用。研究发现，75%的Na被K替代后，氢化物形成焓（ΔH）绝对值从?78.76 kJ/mol.H2降至?49.22 kJ/mol.H2，解吸温度（Tdes）从605.84 K降至378.61 K；而75%的Be被Mg替代后，ΔH和Tdes分别为?55.79 kJ/mol.H2和429.15 K。该研究为开发高效、低毒、低成本的新型钙钛矿储氢材料提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究通过第一性原理计算揭示了钾/镁掺杂对NaBeH₃储氢性能的调控机制。创新性地采用2×2×1超胞模型，实现了对Na位点（K替代）和Be位点（Mg替代）的精准调控，为优化材料热力学性能提供了新策略。

Method

采用WIEN2K软件包的全电势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法，基于密度泛函理论（DFT）框架，使用广义梯度近似（GGA-PBE）处理电子交换关联能。计算中设置R_MT×K_max=7，k点网格为10×10×10，能量收敛标准为0.0001 Ry。

Structural properties

原始NaBeH₃呈立方晶系（空间群Pm3?m），通过构建超胞实现不同比例（x=0.25/0.5/0.75）的K/Mg掺杂。结构优化显示，K掺杂显著降低晶格常数，而Mg掺杂则保持结构稳定性，二者均使氢原子配位环境发生特征性改变。

Conclusion

钾/镁双路径掺杂协同优化了材料的三大核心指标：①储氢容量保持>6.3%；②热力学稳定性提升（ΔH趋近DOE目标值）；③毒性成本双降低。该研究为钙钛矿储氢材料的理性设计提供了可量化的掺杂策略。