Elaboration et caractérisation par DFT de nanoparticules TiNi, obtenues par broyage mécanique à partir de poudres de Ti et Ni en vue d’une application pour le stockage d’hydrogène

Abstract

The thermodynamics of hydride formation stands out as a pivotal property when assessing the potential for the further adoption of a metal-hydrogen system. To this end, extensive research is concentrated on utilizing first-principle calculations as a prognostic tool in the examination of hydride stability. In this context, initial-density functional calculations were employed to project the impact of co-substitution in NiTiH, where Ti is replaced by Mg and Zr (x = 0.125, 0.25, and 0.375), and Ni is replaced by Cu and Cr (y = 0.125). Explorations encompassed structural, thermodynamic stability, and electronic properties. Substituting Ti with Mg or Zr in relation to their content resulted in the computation of the formation enthalpy, which was then compared to the host NiTiH. It was observed that hydride stability diminishes with increasing Mg content and escalates with rising Zr content. The replacement of Ni with Cu destabilizes the hydride, whereas substituting Ni with Cr enhances its stability. Simultaneously substituting Ti with Mg (x = 0.375) and Ni with Cu (y = 0.125) induces substantial destabilization and an augmentation in the cell volume of the hydride. The Ni0,875Cu0,125Ti0,625Mg0,375 compound emerges as possessing the most suitable characteristics among the considered compositions, thus making it a potential material for hydrogen storage. The synthesis of the Ni0,875Cu0,125Ti0,625Mg0,375 compound involves super-fast quenching followed by recrystallization annealing La thermodynamique de la formation d'hydrures est l'une des propriétés les plus importantes du système métal-hydrogène et détermine son potentiel de développement. Pour cette raison, de nombreuses recherches se concentrent sur l'utilisation des calculs de premier principe comme outil prédictif dans l'étude de la stabilité des hydrures. Dans ce travail, des calculs de la fonctionnelle de la densité de premier principe ont été effectués pour prédire l'effet de la co substitution dans NiTiH, Ti par Mg et Zr (x = 0,125, 0,25 et 0,375), ainsi que Ni par Cu et Cr (y = 0,125). La structure, la stabilité thermodynamique et les propriétés électroniques ont été étudiées. L'enthalpie de formation lorsque Ti est substitué par Mg ou Zr en fonction de leur teneur est calculée et comparée à l'hôte NiTiH ; on constate que la stabilité de l'hydrure diminue lorsque la teneur en Mg augmente tandis qu'elle augmente lorsque la teneur en Zr augmente. La substitution de Ni par Cu déstabilise l'hydrure, tandis que la stabilité de l'hydrure est améliorée lorsque Ni est substitué par Cr. La substitution simultanée de Ti par Mg (x = 0,375) et de Ni par Cu (y = 0,125) entraîne une déstabilisation considérable et une augmentation du volume cellulaire de l'hydrure. Le composé Ni0,875Cu0,125Ti0,625Mg0,375 présente des caractéristiques optimales parmi les compositions considérées, et peut donc être considéré comme un matériau potentiel pour le stockage de l'hydrogène. Le composé Ni0,875Cu0,125Ti0,625Mg0,375 est synthétisé par trempe super rapide, et suivi d’un recuit de recristallisation. Elaboration et caractérisation par DFT de nanoparticules TiNi, obtenues par broyage mécanique à partir de poudres de Ti et Ni en vue d’une application pour le stockage d’hydrogène