FeCrAl alloys are promising accident tolerant fuel (ATF) cladding materials for applications in light water reactors (LWRs). Despite the excellent mechanical and anti-oxidation properties, this series of iron-based alloys have poor hydrogen embrittlement (HE) resistance due to the strong hydrogen up-taking ability. The hydrogen embrittlement effect can cause the degradation and premature failure of the material, and this effect can be enhanced by the high temperature/ high pressure/ high irradiation environment in reactors. So, the potential danger should be taken seriously. In this paper, we have studied the hydrogen atom and molecule adsorptions on both Fe (100) and FeCrAl (100) surfaces to discover how hydrogen atom and molecule (H/H2) interact with Fe and FeCrAl (100) surface in the first place. The results show that there are strong element effects on the FeCrAl surface. The Al atom itself has no interaction with hydrogen. When the Al atom is beside the Fe atom, this Fe atom has a slightly lower interaction with hydrogen. However, the Al atom beside the Cr atom will enhance the hydrogen interaction with this Cr atom. On the other hand, when the Cr atom is beside the Fe atom, these two atoms (Fe-Cr bridge site) can reduce the interactions with H. In addition, when two Cr and two Fe atoms together make a four-fold site (FF-site), the two Cr atoms can increase the interaction of the two Fe atoms with H. The element effects discovered can be a good guide for making hydrogen prevention coatings.

中文翻译：

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FeCrAl（100）表面的氢原子和分子吸附：第一性原理研究

FeCrAl 合金是用于轻水反应堆 (LWR) 的有前途的容灾燃料 (ATF) 包壳材料。尽管具有优异的机械和抗氧化性能，但由于吸氢能力强，该系列铁基合金的抗氢脆（HE）性能较差。氢脆效应会导致材料的降解和过早失效，而反应堆中的高温/高压/高辐照环境可以增强这种效应。因此，应该认真对待潜在的危险。在本文中，我们研究了 Fe (100) 和 FeCrAl (100) 表面上的氢原子和分子吸附，以首先发现氢原子和分子 (H/H2) 如何与 Fe 和 FeCrAl (100) 表面相互作用. 结果表明，FeCrAl表面存在强烈的元素效应。铝原子本身与氢没有相互作用。当铝原子在铁原子旁边时，这个铁原子与氢的相互作用稍低。然而，Cr 原子旁边的 Al 原子会增强氢与该 Cr 原子的相互作用。另一方面，当 Cr 原子在 Fe 原子旁边时，这两个原子（Fe-Cr 桥位）可以减少与 H 的相互作用。另外，当两个 Cr 和两个 Fe 原子一起构成四重位时（ FF-site)，两个Cr原子可以增加两个Fe原子与H的相互作用。发现的元素效应可以很好地指导制备防氢涂层。这个 Fe 原子与氢的相互作用稍低。然而，Cr 原子旁边的 Al 原子会增强氢与该 Cr 原子的相互作用。另一方面，当 Cr 原子在 Fe 原子旁边时，这两个原子（Fe-Cr 桥位）可以减少与 H 的相互作用。另外，当两个 Cr 和两个 Fe 原子一起构成四重位时（ FF-site)，两个Cr原子可以增加两个Fe原子与H的相互作用。发现的元素效应可以很好地指导制备防氢涂层。这个 Fe 原子与氢的相互作用稍低。然而，Cr 原子旁边的 Al 原子会增强氢与该 Cr 原子的相互作用。另一方面，当 Cr 原子在 Fe 原子旁边时，这两个原子（Fe-Cr 桥位）可以减少与 H 的相互作用。另外，当两个 Cr 和两个 Fe 原子一起构成四重位时（ FF-site)，两个Cr原子可以增加两个Fe原子与H的相互作用。发现的元素效应可以很好地指导制备防氢涂层。