Hydrogen in Metal Systems II pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Trans Tech Pubn

作者:Lewis, F. A. (EDT)/ Aladjem, A. (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:304

装帧:Pap

isbn号码:9783908450559

丛书系列:

图书标签:

• Hydrogen
• Metal Hydrides
• Materials Science
• Solid State Physics
• Hydrogen Storage
• Materials Chemistry
• Phase Transitions
• Diffusion
• Electrochemical Properties
• Ab Initio Calculations

好的，这是一本关于“固态物理与材料科学中金属氢化物的基础理论与应用”的图书简介，其内容与您提到的《Hydrogen in Metal Systems II》无关。 《金属氢化物：理论基础、合成方法与能源应用前沿》 图书概述 本书系统地阐述了金属氢化物的基本原理、关键合成技术以及在清洁能源、储氢技术和材料科学中的前沿应用。随着全球对可持续能源解决方案的迫切需求，金属氢化物作为一种高效、安全的储氢介质，正日益受到科研界和工业界的关注。本书旨在为材料科学家、化学工程师、物理学家以及研究生提供一个全面、深入的学习资源，涵盖从微观结构到宏观性能的各个层面。 本书侧重于物理化学视角下的金属-氢相互作用，探讨了氢化物形成的热力学、动力学机制，并结合先进的计算模拟方法，深入剖析了氢原子在不同金属晶格中的扩散行为和占位机制。 第一部分：基础理论与结构 第一章：金属-氢相互作用的电子结构基础 本章首先回顾了金属的电子带结构理论，重点讨论了过渡金属和稀土金属对氢原子的电子亲和性。我们将深入探讨氢原子进入金属晶格后引起的电子态密度（DOS）变化，以及费米能级附近的电子结构重构。内容涵盖了氢在金属中形成化学键的性质，从物理吸附到化学吸附的转变过程，以及这种相互作用如何影响材料的宏观性能，如体积膨胀和晶格畸变。 第二章：金属氢化物的晶体结构与相变 金属氢化物具有多样化的晶体结构，这直接决定了其储氢能力和循环稳定性。本章详细分类介绍了I型（如稀土-反稀土氢化物，如 $ ext{LaNi}_5 ext{H}_x$）和II型（如Mg基、Ti基氢化物）氢化物的晶体结构。重点分析了压力-温度-浓度（P-C-T）相图，解释了单相、两相共存以及氢化物分解/吸收过程中的相变动力学。通过X射线衍射（XRD）和中子衍射技术，阐述了氢原子在晶格中的具体占位（如四面体空隙或八面体空隙）及其对结构稳定性的影响。 第三章：热力学与动力学：储氢性能的决定因素 储氢材料的性能核心在于其吸附/脱附的焓变和熵变。本章详细分析了范特霍夫方程在金属氢化物系统中的应用，计算了不同氢化物体系的平台压力和热力学稳定性。在动力学方面，本书探讨了氢气在材料表面的解吸附、穿透晶界和晶格扩散的速率限制步骤。利用阿伦尼乌斯方程分析了扩散系数与温度的关系，并讨论了表面氧化层、晶粒尺寸等微观因素对动力学性能的调控作用。 第二部分：合成、表征与工程化 第四章：金属氢化物的制备技术 高质量的氢化物材料是实现其潜在应用的前提。本章系统介绍了制备金属氢化物的关键合成路线，包括： 1. 直接氢化法（Direct Hydrogenation）：在高压、高温条件下，将金属粉末或合金与高纯度氢气反应的工艺流程、反应器设计和安全控制。 2. 固态反应法（Solid-State Reaction）：通过球磨或高能研磨技术，促进金属前驱体与氢源的反应，特别适用于纳米结构材料的制备。 3. 化学气相沉积（CVD）与溶液法：用于制备薄膜材料和特定形貌的纳米颗粒，并探讨了溶液法在控制粒子形貌和尺寸方面的优势。 第五章：先进的表征技术 为了全面理解氢化物，必须依赖多种先进的表征手段。本章聚焦于以下关键技术： 光谱学分析：利用拉曼散射和红外光谱（IR）探测氢原子在晶格中的振动模式，评估键合强度。 中子散射技术：因其中子对氢原子具有极强的散射截面，中子衍射和非弹性中子散射是确定氢原子位置和动态行为的“金标准”。 密度泛函理论（DFT）计算：阐述如何利用第一性原理计算来预测氢化物形成焓、优化晶格常数，并模拟氢在晶格缺陷中的行为，指导实验设计。 第六章：材料的结构衰减与稳定化策略 实际应用中，金属氢化物常面临循环稳定性差、体积膨胀导致的粉化和表面钝化问题。本章深入分析了导致材料性能衰减的内在机制，包括晶粒的粗化、相分离以及表面氧化物的形成。随后，详细介绍了提高稳定性的工程化策略，例如：纳米化（通过减小晶粒尺寸提高动力学）、合金化/掺杂（引入第二相或晶格畸变以调节P-C-T曲线）、以及表面改性（如涂覆惰性保护层以抑制氧化）。 第三部分：前沿应用与挑战 第七章：氢气存储技术（固态储氢） 金属氢化物作为一种高容量、低压力的储氢载体，是实现氢燃料电池车辆和固定式储能的关键。本章详细对比了不同金属基氢化物（如MgH2、LiBH4、氨基硼烷等）的储氢密度（质量分数和体积密度）、工作温度和循环寿命。重点探讨了如何通过材料设计（如催化剂添加、纳米复合）来降低 $ ext{MgH}_2$ 的解吸附温度，使其适用于实际的低温操作环境。 第八章：催化、传感器与其他功能应用 除了储氢，金属氢化物在其他高科技领域也展现出巨大潜力： 1. 催化剂载体：氢化物在脱附氢气后形成的活性金属纳米结构是优异的催化剂前驱体，广泛应用于加氢反应和燃料电池阳极材料。 2. 氢气传感器：由于氢化物吸收/脱附过程伴随显著的电阻或体积变化，它们可被设计成高灵敏度的氢气泄漏传感器。 3. 电化学应用：作为锂离子电池或固态电池中的负极材料，研究其在充放电循环中的电化学行为和稳定性。 第九章：未来展望与工程化挑战 本书总结了当前金属氢化物研究面临的主要瓶颈，包括储氢材料的质量能量密度不足、成本高昂以及长期的循环热管理问题。展望未来，本书强调了计算材料学在加速新型高容量、轻量化氢化物发现中的核心作用，并探讨了如何通过先进的制造技术（如增材制造）来优化储氢系统的热交换效率和结构集成度。 本书内容翔实，理论严谨，结合了最新的实验成果和计算方法，是理解和推动金属氢化物科学发展的必备参考书。

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