تأثیر کاستی جای‌شناختی بر ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن اتم ایتریم نشان‌دار شده برروی گرافن متخلخل
DOR: 20.1001.1.17355400.1399.19.111.1.9

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه پیام نور-اردکان

2 مسول پژوهشکده پوشش های نانو ساختار

چکیده

ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن با استفاده‌از اتم ایتریم (Y) نشان‌دارشده بر روی
گرافن متخلخل (
(PG1 از راه محاسبات نظریۀ تابعی چگالی (DFT)2 بررسی‌شد.
در این‌بررسی از گرافن متخلخل به‌دلیل تقارن جای‌شناختی استفاده‌شد. محاسبات نشان‌داد که پایدار‌ترین مکان برای جذب اتم ایتریم روی گرافن متخلخل، مرکز حلقۀ هگزاگونال کربن است. سازوکارهای قطبش و پیوندزنی، هردو به جذب اتم ایتریم روی گرافن‌های متخلخل کمک می‌کنند. تجزیه‌وتحلیل چگالی بار، نشان‌داد که حضور اتم ایتریم در مقایسه‌با افزایش اندازۀ منافذ، نقش مؤثرتری در افزایش انرژی جذب مولکول هیدروژن دارد. در مقایسه‌با جذب مولکول هیدروژن روی گرافن خالص، کاستی جای‌شناختی مانند تخلخل می‌تواند حالت رسانایی بیشتری در سطح انرژی فرمی ایجاد کند و جذب مولکول هیدروژن روی گرافن متخلخل افزایش می‌‌یابد. حداکثر چهار مولکول هیدروژن می‌توانند روی سامانۀ
Y-PGs جذب شوند. بیشترین میانگین انرژی جذب مربوط به گرافن متخلخل با اندازۀ منافذ بزرگتر با میانگین انرژی جذب 513/0 الکترون ولت است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Topology Impact Hydrogen Storage Capacity Y-Decorated on Porous Graphene

چکیده [English]

Hydrogen storage capacity of yttrium (Y)-decorated on porous graphene (PG) was examined through density functional theory calculations. PGs were selected considering topological symmetries. Our calculations show that the most stable locations for adsorption of Y are located on the center of carbon rings and the polarization and the hybridization mechanisms both contribute to the Y atom adsorption on PGs. Analysis of charge density difference demonstrated that the presence of Y could play an efficient role for stronger adsorption of hydrogen molecules rather than increasing pore sizes. Compared to H2 adsorption on graphene, injecting topological defect such as hexagon porous and decoration with a transition metal atom such as Y can effectively create much more conductive states at Fermi energy. A maximum of four hydrogen molecules can be adsorbed on
Y-PGs system. The highest average adsorption energy is related to porous graphene with larger pore size with average absorption energies of 0.513 eV.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Porous Graphene
  • Hydrogen storage
  • Y-Decorated
  • Plane Wave

 

[1]        Xia, Y., Yang, Z., Zhu, Y., "Porous carbon-based materials for hydrogen storage: advancement and challenges", Journal of Materials Chemistry A, 1,
pp. 9365-9381, (2013).
[2]        Chen, Y., Wang, J., Yuan, L., Zhang, M., Zhang, C., "Sc-Decorated Porous Graphene for High-Capacity Hydrogen Storage: First-Principles Calculations", Materials, 10, p. 894, (2017).
[3]        Ao, Z., Dou, S., Xu, Z., Jiang, Q., Wang, G., "Hydrogen storage in porous graphene with Al decoration," international journal of hydrogen energy, 39, pp. 16244-16251, (2014).
[4]        Liu, W., Liu, Y., Wang, R., "Prediction of hydrogen storage on Y-decorated graphene: A density functional theory study", Applied Surface Science, 296, pp. 204-208, (2014).
[5]        Chen, Y., Wang, J., Yuan, L., Zhang, M., Zhang, C., "Sc-Decorated Porous Graphene for High-Capacity Hydrogen Storage: First-Principles Calculations", Materials, 10, p. 894, (2017).
[6]        Zhao, Y., Kim, Y. H., Dillon, A. C., Heben, M. J., Zhang, S. B. "Hydrogen storage in novel organometallic buckyballs. Physical review letters", 94(15), p. 155504, (2005).
 
[7]        Huang, C., Wu, H., Deng, K., Tang, W., Kan, E., "Improved permeability and selectivity in
porous graphene for hydrogen purification",
Physical Chemistry Chemical Physics, 16(47),
pp. 25755-25759, (2014).
[8]        Bieri, M., Treier, M., Cai, J., Aït-Mansour, K., Ruffieux, P., Gröning, O. Müllen, K., "Porous graphenes: two-dimensional polymer synthesis with atomic precision", Chemical communications, (45), pp. 6919-6921, (2009).
[9]        Ao, Z., Dou, S., Xu, Z., Jiang, Q., Wang, G., "Hydrogen storage in porous graphene with Al decoration", International journal of hydrogen energy, 39(28), pp. 16244-16251, (2014).
[10]      Li, Y., Zhou, Z., Shen, P., Chen, Z.,
"Two-dimensional polyphenylene: experimentally available porous graphene as a hydrogen purification membrane", Chem. Commun. 46: pp. 3672–3674, (2010)
[11]      Yuan, L., Wang, D., Gong, J., Zhang, C., Zhang, L., Zhang, M., Kang, L., "First-principles study of
V-decorated porous graphene for hydrogen storage", Chemical Physics Letters, 726, pp. 57-61, (2019).
[12]      Reunchan, P., Jhi, S. H., "Metal-dispersed porous graphene for hydrogen storage", Applied Physics Letters ,98, p. 093103, (2011).
[13]      Zhang, Z., Li, J., Jiang, Q., "Hydrogen adsorption on Eu/SWCNT systems: a DFT study", The Journal of Physical Chemistry C, 114, pp. 7733-7737, (2010).
[14]      Yuan, L., Chen, Y., Kang, L., Zhang, C., Wang, D., Wang, C., Zhang, M., Wu, X., "First-principles investigation of hydrogen storage capacity of
Y-decorated porous graphene", Applied Surface Science, 399, pp. 463-468, (2017).
[15]      Ataca, C., Akt"urk, E., Ciraci, S., "Hydrogen storage of calcium atoms adsorbed on graphene: first-principles plane wave calculations," Physical Review B, 79, p. 041406, (2009).
[16] Ao, Z. M., Peeters, F. M., "High-capacity hydrogen storage in Al-adsorbed graphene," Physical Review B, 81, p. 205406, (2011).