K 与 Ca 修饰的 4-6-8 联苯烯片中的超高可逆储氢
材料科学
2022-02-25 v1
摘要
通过应用密度泛函理论（DFT）和第一性原理分子动力学（AIMD）模拟，我们预测了 K 和 Ca 修饰的单层联苯烯片（BPS）的超高储氢容量。我们将包括 Na、Be、Mg、K、Ca 在内的多种碱金属和碱土金属置于 BPS 的不同位点，发现 K 和 Ca 原子倾向于单独结合在 BPS 上而非形成团簇。研究发现，2x2x1 超胞的联苯烯片可吸附八个 K 或八个 Ca 原子，且每个 K 或 Ca 原子可吸附 5 个 H，分别导致 11.90% 或 11.63% 的储氢率，显著高于美国能源部（DOE-US）6.5% 的要求。K 和 Ca 修饰 BPS 的 H 平均吸附能分别为 -0.24 eV 和 -0.33 eV，处于可逆 H 储存的合适范围。氢分子在电离金属原子附近发生极化，从而通过静电和范德华相互作用附着于金属原子。我们估算了 H 的解吸温度，发现所吸附的 H 可用于可逆利用。我们利用爬坡图像微动弹性带（CI-NEB）方法计算发现 Ca 原子运动存在 2.52 eV 的充足能垒。该能垒可防止 Ca 原子的团簇问题。我们利用 AIMD 模拟研究了 K 和 Ca 修饰 BPS 结构的稳固性。
引用
@article{arxiv.2202.12146,
title = {Ultrahigh reversible hydrogen storage in K and Ca decorated 4-6-8 biphenylene sheet},
author = {Vikram Mahamiya and Alok Shukla and Brahmananda Chakraborty},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.12146},
year = {2022}
}
备注
41 pages, 12 figures (included); Int. J. Hyd. Energy (in press)