Etude Théorique des Propriétés Physiques des Matériaux pour le Stockage d'Hydrogène

Abstract

تهدف هذه الرسالة إلى دراسة الخصائص الفيزيائية الأساسية لهيدرات الفلزات القلويةومركبات هيدرات البلاتين A_2 PtH_6 (A=K,Rb)كمواد مرشحة لتخزين الهيدروجين. تحقيقا لهذه الغاية، تمت دراسة بنية العصابات، والخصائص البنيوية والمرونية ، والاستقرار الميكانيكي والديناميكي ، وخصائص تخزين الهيدروجين والاستجابات الضوئية للمواد قيد الدراسة. تم إجراء الحسابات في إطار نظرية دالية الكثافةDFTباستخدام تقريبWC-GGAللخصائص البنيوية وتقريبTB-mBJ-GGAللخصائص الإلكترونية والبصرية. و قد وجدنا أن جميع هيدرات الفلزات القلوية تكون مستقرة في البنيةB1وهشة. تنخفض صلابة هذه المواد وكثافتها الجاذبية ودرجة حرارة تحريرها للهيدروجين انتقالا منLiHإلىCsHعلاوة على ذلك، تم تحديد طبيعة موادنا على أنها أشباه موصلات ذات فجوة مباشرة، باستثناءNaHوقد وجدت الفجوات الأساسية مساوية على التوالي 3.05 و 3.59 و 3.21 و 2.70 و eV2.08. فيما يتعلق بمركبات هيدرات البلاتين ، تشير نتائجنا فيما يتعلق بمعامل الضغط إلى أن〖Rb〗_2 PtH_6لديه مقاومة أعلى من تلك الموجودة فيK_2 PtH_6 و قد وجدناأن المادتين مستقرتان ميكانيكياً وديناميكيًا. أظهرت حسابات بنية النطاق أن〖 Rb〗_2 PtH_6وK_2 PtH_6شبهي موصلين بفجوة مباشرةX-Xمع طاقات فجوة تبلغ 7.053 وeV 5.608 على التوالي. تم تسجيل الكثافة الجاذبية ودرجة تحرير الهيدروجين على أنها 1.62% بالوزن و K803.44 على التوالي لـ〖 Rb〗_2 PtH_6و 2.16% بالوزن و K799.38على التوالي لـ_2 PtH_6, وقد وجدنا أن المادةR_2 PtH_6لها معامل انكسار ثابت 1.17=n(0) وثابت عازل ثابتε(0)=1.38، بينماK_2 PtH_6لها قيمn(0) = 1.50 وε(0) = 2.25 تظهر كلتا المادتين المركبتين المدروستين معامل امتصاص بصري مرتفع مع نطاق امتصاص عريض. جميع الأنظمة المدروسةMH (M = Li,Na,K,Rb,Cs)،A_2 PtH_6 (A = K,Rb)،هي مواد واعدة لتطبيقات تخزين الهيدروجين مع امكانيات تطبيقات كهروضوئية لمركبات هيدرات البلاتين The aim of the present thesis is to investigate the physical fundamental properties of alkali metal hydrides MH (M=Li,Na,K,Rb,Cs) and platinum complex hydrides A_2 PtH_6 (A =K,Rb) as potential candidate materials for hydrogen storage applications. In this respect, the band structure, structural and elastic properties, mechanical and dynamical stabilities, hydrogen storage properties, and optical responses of the materials under load are addressed. The computations are carried out using first-principles all electrons density-functional calculations using the WC-GGA for structural properties and the TB-mBJ-GGA for the electronic and optical features. All alkali metal hydrides have been found to be stable in the B1 structure, and brittle. Their rigidity, gravimetric density and desorption temperature decrease as one goes from LiH to CsH. Besides, our materials have been determined to be semiconductors with direct band gap except for NaH. Their fundamental band gaps are 3.05, 3.59, 3.21, 2.70 and 2.08 eV, respectively. As for the complex platinum hydrides, our results regarding the recorded bulk modulus indicate that 〖Rb〗_2 PtH_6 has higher resistivity against volume change than K_2 PtH_6.both materials under focus are found to be stable mechanically and dynamically and ductile in nature. The present band structure calculations showed that 〖Rb〗_2 PtH_6 and K_2 PtH_6 are X-X wide direct gap semiconductors with band-gap energies of 7.053 and 5.608 eV, respectively. The gravimetric hydrogen density and the hydrogen desorption temperature are recorded as 1.62 wt% and 803.44 K, respectively for 〖Rb〗_2 PtH_6 and 2.16 wt% and 799.38 K, respectively for K_2 PtH_6. The material 〖Rb〗_2 PtH_6 has been found to have a static refractive index n(0) = 1.17 and a static dielectric constant ε(0)= 1.38, while K_2 PtH_6 has values ofn(0) =1.50 and ε(0) =2.25. both compound materials of interest show a high optical absorption coefficient with a wide absorption band. All investigated materials MH (M=Li,Na,K,Rb,Cs) and A_2 PtH_6 (A=K,Rb)are reported to be promising materials for hydrogen storage applications with optoelectronics opportunity for the complex platinum hydrides. L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés physiques fondamentales des hydrures de métaux alcalins MH (M=Li,Na,K,Rb,Cs) et des hydrures complexes de platine A_2 PtH_6 (A=K,Rb) comme matériaux candidats potentiels pour le stockage d'hydrogène. À cet effet, la structure des bandes, les propriétés structurales et élastiques, les stabilités mécanique et dynamique, les propriétés de stockage d'hydrogène et les réponses optiques des matériaux considérés sont étudiées. Les calculs sont conduits dans le cadre de la DFTen utilisant l’approximation WC-GGA pour les propriétés structurales et l’approximation TB-mBJ-GGA pour les caractéristiques électroniques et optiques. Tous les hydrures de métaux alcalins se sont avérés stables dans la structure B1, et fragiles. Leur rigidité, leur densité gravimétrique et leur température de désorption diminuent au fur et à mesure que l'on passe de LiH àCsH. En outre, nos matériaux ont été déterminés comme étant des semiconducteurs à gap direct, à l'exception de NaH. Leurs gaps fondamentaux sont respectivement de 3.05, 3.59, 3.21, 2.70 et 2.08 eV, respectivement. En ce qui concerne les hydrures complexes de platine, nos résultats concernant le module de compression indiquent que〖Rb〗_2 PtH_6 a une résistivité plus élevée que celle du K_2 PtH_6. Les deux matériaux sont trouvés stables mécaniquement et dynamiquement et de nature ductile. Les calculs de la structure de bande ont montré que 〖Rb〗_2 PtH_6 et K_2 PtH_6 sont des semiconducteurs à gap direct X-X avec des énergies de gap de 7.053 et 5.608 eV, respectivement. La densité gravimétrique d'hydrogène et la température de désorption d'hydrogène sont enregistrées comme 1.62 % en poids et 803.44 K, respectivement pour 〖Rb〗_2 PtH_6 et 2.16 % en poids et 799.38 K, respectivement pour K_2 PtH_6. Le matériau 〖Rb〗_2 PtH_6 s'est avéré avoir un indice de réfraction statique n(0)= 1.17 et une constante diélectrique statique ε(0)= 1.38, tandis que K_2 PtH_6 a des valeurs de n(0) =1.50 et ε(0) =2.25. Les deux matériaux composites d'intérêt présentent un coefficient d'absorption optique élevé avec une large bande d'absorption. Tous les systèmes étudiés MH (M = Li,Na,K,Rb,Cs) et A_2 PtH_6 (A = K,Rb) sont des matériaux prometteurs pour les applications de stockage d'hydrogène avec une opportunité optoélectronique pour les hydrures complexes de platine.