Etude ab-initio des propriétés structurales et électroniques des hydrures métalliques TiFe-H : Restitution totale et partielle de l’hydrogène

Abstract

Basé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité et la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à potentiel complet, l’analyse de la stabilité des systèmes TiFe­H a été étudiée en utilisant l’approximation de gradient généralisée (GGA). Les paramètres de maille, le module de compression et la structure électronique des systèmes TiFe­H ont été déterminés à l’état fondamental. La restitution totale et partielle de l’hydrogène dans les systèmes TiFe­H ont aussi été étudiées par les calculs de l’énergie de formation et des densités d’états. Les paramètres d'équilibre du réseau calculé des composés TiFe, TiFeH, TiFeH2 et TiFeH4 sont dans la gamme de données expérimentales disponibles et les calculs théoriques précédents. On constate qu’une densité électronique relativement élevée se prolonge du site atomique d'hydrogène au site atomique de fer, mais pas au site atomique de titane. La structure de bande et l’analyse DOS montrent que les hydrures TiFeH ont un caractère métallique. Le fer au-dessous de niveau de Fermi est le collecteur principal de la liaison tandis que les états anti­liants de titane dominent au-dessus. L'hybridation entre 3d de fer et 1s de l'hydrogène semble être la plus forte. Les valeurs de l'énergie de formation indiquent que l’hydrure TiFeH4 est moins stable, et la restitution totale d'hydrogène est plus réversible par rapport aux hydrures TiFeH et TiFeH2. La restitution partielle d'hydrogène de l’hydrure TiFeH4 à l’hydrure TiFeH a la meilleure réversibilité d'hydrogène parmi les systèmes TiFe­H ce qui donne trois atomes d'hydrogène avec une énergie de formation inférieure à la moitié de celle de la restitution totale d'hydrogène dans TiFeH4. Les analyses DOS des systèmes TiFe­H confirment les résultats obtenus ci-dessus. Les densités d’états DOS des systèmes TiFe­H montrent que la structure DOS se déplace vers les états anti­liants à des énergies plus élevées au fur et à mesure que la densité de l'hydrogène augmente.

بإعتماد نظرية التابعية للكثافة وطريقة الأمواج المستوية الخطية المتزايدة للكمون الكلي، تم دراسة إستقرار الأنظمة TiFe­H بإستعمال تقريب التدرج المعمم. تم تحديد ثوابت الشبكة، معامل الإنضغاط والبنية الإلكترونية للأنظمة TiFe­H في حالة الإستقرار. بإستعمال حسابات طاقة التشكل و كثافة الحالات تم التطرق لدراسة الإسترجاع الكلي والجزئي لذارت الهيدروجين للأنظمة TiFe­H. في حالة الإستقرار وجدت ثوابت الشبكة للأنظمة TiFe، TiFeH، TiFeH2 و TiFeH4 في مجال القيم التجريبية المتوفرة والقيم المتحصل عليها سابقا بواسطة الحساب. الكثافة الإلكترونية تبين كثافة جد مرتفعة نسبيا على الإمتداد الذري الرابط بين موضع ذرة الهيدروجين وموضع ذرة الحديد، وليس موضع ذرة التيتان. بنية الأحزمة وتحليل كثافة الحالات يظهر أن هدريدات TiFe­H لها طابع معدني. الحديد أسفل مستوى فرمي هو المساهم الأساسي لروابط البنية في حين أن حالات التيتان الغير رابطة تكون مهيمنة أعلاه. يظهر أن التهجين بين المدار 3d للحديد والمدار 1s للهيدروجين هو الأقوى. قيم طاقات التشكل تبين ان الهدريد TiFeH4 هو أقل إستقرار، والإسترجاع الكلي لذرات الهيروجين يكون جد عكوس مقارنة مع TiFeH، TiFeH2. الإسترجاع الجزئي لذارت الهيدروجين من TiFeH4 الى TiFeH يمتلك أفضل عكوسية لذات الهيدوجين بين أنظمة TiFe­H حيث يعطي ثلاث ذرات هيدروجين بطاقة تشكل أقل بالنصف من طاقة التشكل في حالة الإسترجاع الكلي لذرات الهيدروجين لـلهدريد TiFeH4. تحاليل كثافة الحالات للأنظمة TiFe­H تدعم النتائج المتحصل عليها أعلاه. تحاليل كثافة الحالات للأنظمة TiFe­H تبين أن بنية كثافة الحالات تتحرك باتجاه الحالات الغير رابطة في الطاقات العليا بينما تزداد كثافة الهيدروجين.