Modélisation des propriétés structurales électroniques et thermodynamiques, par calcul du Premier principe : Etude des hydrures pour le stockage solide de l’hydrogène.

Abstract

Dans ce travail de recherche, nous avons étudié la structure cristallographique, les propriétés thermodynamiques et électroniques pour élucider les caractéristiques chimiques de liaison de N2H4BH3 et MN2H3BH3 (M = Na et K), en utilisant à la fois les ondes planes et les méthodes pseudopotentiels appliquées dans la théorie de la fonctionnelle de la densité. Les structures ainsi optimisées sont en bon accord avec l‘expérimental. Les longueurs de liaison de ces matériaux ont été comparées pour montrer l‘effet du métal alcalin (Na et K) dans le N2H4BH3. La densité des états électroniques (DOS) a indiqué que ces matériaux sont considérés comme un isolant avec un large écart de bande interdite : 5,78, 4,35 et 4,36 eV pour N2H4BH3, NaN2H3BH3 et KN2H3BH3, respectivement. Cela indiquait que la substitution d‘un atome d‘hydrogène de N2H4BH3 par un atome alcalin (Na ou K) pourrait réduire l‘écart de bande. Le DOS partiel, la méthode « charge de Hirshfeld » et la distribution de la densité de charge ont été utilisés pour comprendre la nature de la liaison chimique. On constate que la liaison chimique dans chaque groupe, à savoir [N2H4] et [BH3] pour N2H4BH3 ou [N2H3] et [BH3] pour MN2H3BH3 (M = Na et K)) ont principalement un caractère covalent. Tandis qu'un caractère ionique entre M (Na et K) et le reste du groupe N2H3BH3 est suggéré pour MN2H3BH3 (M = Na et K). Fait intéressant, les liaisons N-H et B-H sont déstabilisées dans MN2H3BH3 (M = Na et K) avec un caractère moins protique de [BH3] que celui de N2H4BH3. Enfin, on observe que chaque groupe [BH3] est lié de manière covalente à un autre [N2H3] pour MN2H3BH3 (M = Na et K) de manière similaire à N2H4BH3 (covalent liaison entre [BH3] et [N2H4]). Les enthalpies standard de formation de KN2H3BH3 et Na N2H3BH3 sont calculées pour la première fois dans ce travail de recherche. Nous avons trouvé que ces enthalpies sont un peu supérieure que l‘enthalpie de N2H4BH3 ce qui est très intéressant pour une application mobile du stockage en utilisant KN2H3BH3 et NaN2H3BH3.