新型X2 AlH7 （X: Ca, Sr, Ba）氢化物作为下一代储氢材料：多尺度物性研究与性能优化

　　本研究针对氢能存储技术瓶颈，通过第一性原理计算系统分析了X2 AlH7 （X=Ca, Sr, Ba）的结构力学、电子及热物理性质。发现Ca2 AlH7 兼具6.18 wt%储氢容量、112.56 gH2 /L体积密度及261.35 K脱附温度，满足美国能源部（DOE）标准，为下一代储氢材料设计提供理论依据。

　　

全球能源转型面临两大核心矛盾：化石燃料的环境污染与可再生能源的间歇性缺陷。氢能凭借142 MJ/kg的能量密度和零碳排放特性成为理想载体，但其商业化进程受制于储运技术瓶颈。美国能源部（DOE）设定的2025年目标（5.5 wt%质量容量、40 g/L体积密度）对材料提出了苛刻要求。当前，碱土金属铝氢化物因高储氢密度和可逆反应特性备受关注，但Ca₂
AlH₇
的基础研究仍存空白。

中国研究人员采用CASTEP软件包开展密度泛函理论（DFT）计算，首次系统研究单斜晶系X₂
AlH₇
（X=Ca, Sr, Ba）的多维性质。通过广义梯度近似（GGA-PBE）处理电子交换关联，结合BFGS几何优化技术，全面评估了材料的晶体结构、力学稳定性、电子能带、声子谱、热导率和光学响应。

结构特性
单斜晶系（C2/c空间群）的X₂
AlH₇
由[AlH₆
]八面体和[HX₄
]四面体单元构成。Ca₂
AlH₇
晶格参数为12.9940 ?×9.2982 ?×7.6023 ?，β角115.9516°，其负形成焓（ΔH_f
=-0.462 eV/atom）证实热力学稳定性。

力学性能
Born-Huang准则验证所有化合物机械稳定，其中Sr₂
AlH₇
硬度最高（3.46 GPa），Ca₂
AlH₇
延展性最佳（B/G=2.12）。

电子与光学特性
带隙分析显示均为绝缘体（2.89-3.17 eV），静态折射率1.71（Ba）至1.84（Ca）。紫外区强吸收特征提示光电应用潜力。

热物理性质
德拜温度依次为491.60 K（Ca）、397.66 K（Sr）、308.64 K（Ba），与热导率变化趋势一致。

储氢性能
Ca₂
AlH₇
以6.18 wt%质量容量、112.56 gH₂
/L体积密度和261.35 K脱附温度脱颖而出，其-51 kJ/mol H₂
的氢化焓优于Ba₂
AlH₇
（-20 kJ/mol H₂
）。

该研究首次建立X₂
AlH₇
氢化物的物性数据库，阐明Ca₂
AlH₇
同时满足DOE容量与操作温度目标。通过揭示[AlH₆
]八面体与[HX₄
]四面体的协同作用机制，为设计兼具高容量与温和反应条件的储氢材料提供新思路。研究成果发表于《Journal of Energy Storage》，对推动氢能汽车等移动式应用具有重要指导价值。