钇覆盖Si@Al12团簇的贮氢性能

黄海深; 王小满; 赵冬秋; 伍良福; 黄晓伟; 李蕴才

doi:10.7498/aps.61.073101

摘要

利用密度泛函理论系统地研究了YmSi@Al12 (m=13)团簇及其贮氢性质. 结果表明, 在所研究的尺度范围内, 钇原子未在Si@Al12团簇上团聚; 每个钇原子按18电子规则吸附氢分子, 其中Y3Si@Al12团簇可以吸附16个完整氢分子, 贮氢质量分数为5.0 %, 平均吸附能处于0.3240.527 eV之间, 较为理想的吸附能说明在室温条件下吸氢和脱氢是可行的.

关键词:

The adsorption property of hydrogen molecules on YmSi@Al12 (m=13) cluster is investigated using the density functional theory. The results show that yttrium atoms do not suffer from clustering on the Si@Al12 cluster. The 18-electron rule can be used to design these systems, and Si@Al12 cluster coated with three yttrium atoms can adsorb 16 H2 molecules with a gravimetric density of up to 5.0 wt%. The calculated adsorption energy of 0.324-0.527 eV/H2 molecule is suited for reversible hydrogen storage in near-ambient conditions.

Keywords:

作者及机构信息

1.
河南大学特种功能材料教育部重点实验室, 开封 475004;

2.
海口经济学院基础课部, 海口 571127

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10904031)资助的课题.

Authors and contacts

1.
(Key Laboratory for Special Functional Materials of Ministry of Education, Henan University, Kaifeng 475004, China;

2.
Department of Basic Course, Haikou College of Economics, Haikou 571127, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10904031).

参考文献

[1]	Wong-Foy A G, Matzger A J, Yaghi O M 2006 J. Am. Chem. Soc. 128 3494
[2]	Han S S, Goddard W A 2007 J. Am. Chem. Soc. 129 8422
[3]	Meng S, Kaxiras E, Zhang Z 2007 Nano Lett. 7 663
[4]	Kim Y H, Zhao Y, Williamson A, Heben M J, Zhang S B 2006 Phys. Rev. Lett. 96 016102
[5]	Wang L, Zhao J J, Zhou Z, Zhang S B, Chen Z F 2009 J. Comput. Chem. 30 2509
[6]	Lu Q L, Luo Q Q, Jalbout A F, Wan J G, Wang G H 2009 Eur. Phys. J. D 51 219
[7]	Kochnev V K, Charkin O P, Klimenko N M 2009 Russ. J. Inorg. Chem. 54 1114
[8]	Lu Q L, Jalbout A F, Luo Q Q,Wan J G,Wang G H 2008 J. Chem. Phys. 128 224707
[9]	Goldberg A, Yarovsky I 2007 Phys. Rev. B 75 195403
[10]	Li S, Gong X 2006 Phys. Rev. B 74 045432
[11]	Akutsu M, Koyasu K, Atobe J, Hosoya N, Miyajima K, Mitsui M, Nakajima A 2006 J. Phys. Chem. A 110 12073
[12]	Chen G, Kawazoe Y 2007 J. Chem. Phys. 126 014703
[13]	Kumar V, Bhattacharjee S, Kawazoe Y 2000 Phys. Rev. B 61 8541
[14]	Lu Q L, Wan J G 2010 J. Chem. Phys. 132 224308
[15]	Li F, Zhao J J, Chen Z F 2010 Nanotechnology 21 134006
[16]	Zhang H, Qi K Z, Zhang G Y, Wu D, Zhu S L 2009 Acta Phys. Sin. 58 8077 (in Chinese) [张辉, 戚克振, 张国英, 吴迪, 朱圣龙 2009 58 8077]
[17]	Zhao Y, Kim Y H, Dillon A, Heben M, Zhang S 2005 Phys. Rev. Lett. 94 155504
[18]	Ye J Y, Liu Y L, Wang J L, He Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 4178 (in Chinese) [叶佳宇, 刘亚丽, 王靖林, 何垚 2010 59 4178]
[19]	Li M, Li Y, Zhou Z, Shen P, Chen Z 2009 Nano Lett. 9 1944
[20]	Yu D L, Chen Y H, Cao Y J, Zhang C R 2010 Acta Phys. Sin. 59 1991 (in Chinese) [于大龙, 陈玉红, 曹一杰, 张材荣 2010 59 1991]
[21]	Krasnov P O, Ding F, Singh A K, Yakobson B I 2007 J. Phys. Chem. C 111 17977
[22]	Zhang H, Xiao MZ, Zhang G Y, Lu G X, Zhu S L 2011 Acta Phys. Sin. 60 026103 (in Chinese) [张辉, 肖明珠, 张国英, 路广霞, 朱圣龙 2011 60 026103]
[23]	Delley B 2000 J. Chem. Phys. 113 7756
[24]	Grimme S 2006 J. Comput. Chem. 27 1787
[25]	Liang J J 2003 Appl. Phys. A 80 173
[26]	Kiran B, Kandalam A K, Jena P 2006 J. Chem. Phys. 124 224703
[27]	Zhao Y, Lusk M T, Dillon A C, Heben M J, Zhang S B 2008 Nano Lett. 8 157
[28]	Gao Y, Zeng X C 2007 J. Phys. Condens. Matter 19 386220
[29]	Frisch M J et al Gaussian 03 (Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004)
[30]	Simon S, Duran M, Dannenberg J J 1996 J. Chem. Phys. 105 11024
[31]	Kubas G J 2001 J. Organomet. Chem. 635 37
[32]	Yuan H K, Chen H, Kuang A L, Ahmed A S, Xiong Z H 2007 Phys. Rev. B 75 174412
[33]	Sun Q, Wang Q, Jena P, Kawazoe Y 2005 J. Am. Chem. Soc. 127 14582

施引文献

[1]	Wong-Foy A G, Matzger A J, Yaghi O M 2006 J. Am. Chem. Soc. 128 3494
[2]	Han S S, Goddard W A 2007 J. Am. Chem. Soc. 129 8422
[3]	Meng S, Kaxiras E, Zhang Z 2007 Nano Lett. 7 663
[4]	Kim Y H, Zhao Y, Williamson A, Heben M J, Zhang S B 2006 Phys. Rev. Lett. 96 016102
[5]	Wang L, Zhao J J, Zhou Z, Zhang S B, Chen Z F 2009 J. Comput. Chem. 30 2509
[6]	Lu Q L, Luo Q Q, Jalbout A F, Wan J G, Wang G H 2009 Eur. Phys. J. D 51 219
[7]	Kochnev V K, Charkin O P, Klimenko N M 2009 Russ. J. Inorg. Chem. 54 1114
[8]	Lu Q L, Jalbout A F, Luo Q Q,Wan J G,Wang G H 2008 J. Chem. Phys. 128 224707
[9]	Goldberg A, Yarovsky I 2007 Phys. Rev. B 75 195403
[10]	Li S, Gong X 2006 Phys. Rev. B 74 045432
[11]	Akutsu M, Koyasu K, Atobe J, Hosoya N, Miyajima K, Mitsui M, Nakajima A 2006 J. Phys. Chem. A 110 12073
[12]	Chen G, Kawazoe Y 2007 J. Chem. Phys. 126 014703
[13]	Kumar V, Bhattacharjee S, Kawazoe Y 2000 Phys. Rev. B 61 8541
[14]	Lu Q L, Wan J G 2010 J. Chem. Phys. 132 224308
[15]	Li F, Zhao J J, Chen Z F 2010 Nanotechnology 21 134006
[16]	Zhang H, Qi K Z, Zhang G Y, Wu D, Zhu S L 2009 Acta Phys. Sin. 58 8077 (in Chinese) [张辉, 戚克振, 张国英, 吴迪, 朱圣龙 2009 58 8077]
[17]	Zhao Y, Kim Y H, Dillon A, Heben M, Zhang S 2005 Phys. Rev. Lett. 94 155504
[18]	Ye J Y, Liu Y L, Wang J L, He Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 4178 (in Chinese) [叶佳宇, 刘亚丽, 王靖林, 何垚 2010 59 4178]
[19]	Li M, Li Y, Zhou Z, Shen P, Chen Z 2009 Nano Lett. 9 1944
[20]	Yu D L, Chen Y H, Cao Y J, Zhang C R 2010 Acta Phys. Sin. 59 1991 (in Chinese) [于大龙, 陈玉红, 曹一杰, 张材荣 2010 59 1991]
[21]	Krasnov P O, Ding F, Singh A K, Yakobson B I 2007 J. Phys. Chem. C 111 17977
[22]	Zhang H, Xiao MZ, Zhang G Y, Lu G X, Zhu S L 2011 Acta Phys. Sin. 60 026103 (in Chinese) [张辉, 肖明珠, 张国英, 路广霞, 朱圣龙 2011 60 026103]
[23]	Delley B 2000 J. Chem. Phys. 113 7756
[24]	Grimme S 2006 J. Comput. Chem. 27 1787
[25]	Liang J J 2003 Appl. Phys. A 80 173
[26]	Kiran B, Kandalam A K, Jena P 2006 J. Chem. Phys. 124 224703
[27]	Zhao Y, Lusk M T, Dillon A C, Heben M J, Zhang S B 2008 Nano Lett. 8 157
[28]	Gao Y, Zeng X C 2007 J. Phys. Condens. Matter 19 386220
[29]	Frisch M J et al Gaussian 03 (Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004)
[30]	Simon S, Duran M, Dannenberg J J 1996 J. Chem. Phys. 105 11024
[31]	Kubas G J 2001 J. Organomet. Chem. 635 37
[32]	Yuan H K, Chen H, Kuang A L, Ahmed A S, Xiong Z H 2007 Phys. Rev. B 75 174412
[33]	Sun Q, Wang Q, Jena P, Kawazoe Y 2005 J. Am. Chem. Soc. 127 14582

[1]	董肖. P掺杂LiNH₂团簇与LiH反应机理的密度泛函理论研究及一种新储放氢机制. , 2023, 72(15): 153101. doi: 10.7498/aps.72.20230374
[2]	张陈俊, 王养丽, 陈朝康. InCn+(n=110)团簇的密度泛函理论研究. , 2018, 67(11): 113101. doi: 10.7498/aps.67.20172662
[3]	姜平国, 汪正兵, 闫永播, 刘文杰. W20O58(010)表面氢吸附机理的第一性原理研究. , 2017, 66(24): 246801. doi: 10.7498/aps.66.246801
[4]	姜平国, 汪正兵, 闫永播. 三氧化钨表面氢吸附机理的第一性原理研究. , 2017, 66(8): 086801. doi: 10.7498/aps.66.086801
[5]	祁鹏堂, 陈宏善. Li修饰的C24团簇的储氢性能. , 2015, 64(23): 238102. doi: 10.7498/aps.64.238102
[6]	吕瑾, 杨丽君, 王艳芳, 马文瑾. Al2Sn（n=210）团簇结构特征和稳定性的密度泛函理论研究. , 2014, 63(16): 163601. doi: 10.7498/aps.63.163601
[7]	温俊青, 张建民, 姚攀, 周红, 王俊斐. PdnAl(n=18)二元团簇的密度泛函理论研究. , 2014, 63(11): 113101. doi: 10.7498/aps.63.113101
[8]	温俊青, 夏涛, 王俊斐. PtnAl (n=18)小团簇的密度泛函理论研究. , 2014, 63(2): 023103. doi: 10.7498/aps.63.023103
[9]	阮文, 罗文浪, 余晓光, 谢安东, 伍冬兰. 锂原子修饰B6团簇的储氢性能研究. , 2013, 62(5): 053103. doi: 10.7498/aps.62.053103
[10]	张蓓, 保安, 陈楚, 张军. ConCm(n=15; m=1,2)团簇的密度泛函理论研究. , 2012, 61(15): 153601. doi: 10.7498/aps.61.153601
[11]	张致龙, 陈玉红, 任宝兴, 张材荣, 杜瑞, 王伟超. (HMgN3)n(n=15)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. , 2011, 60(12): 123601. doi: 10.7498/aps.60.123601
[12]	孙路石, 张安超, 向军, 郭培红, 刘志超, 苏胜. 密度泛函理论研究Hg与Auqn(n=1—6, q=0,+1,-1) 团簇的相互作用. , 2011, 60(7): 073103. doi: 10.7498/aps.60.073103
[13]	金蓉, 谌晓洪. 密度泛函理论对ZrnPd团簇结构和性质的研究. , 2010, 59(10): 6955-6962. doi: 10.7498/aps.59.6955
[14]	孙建敏, 赵高峰, 王献伟, 杨雯, 刘岩, 王渊旭. Cu吸附(SiO3)n(n=1—8)团簇几何结构和电子性质的密度泛函研究. , 2010, 59(11): 7830-7837. doi: 10.7498/aps.59.7830
[15]	李喜波, 王红艳, 罗江山, 吴卫东, 唐永建. 密度泛函理论研究ScnO(n=1—9)团簇的结构、稳定性与电子性质. , 2009, 58(9): 6134-6140. doi: 10.7498/aps.58.6134
[16]	杨培芳, 胡娟梅, 滕波涛, 吴锋民, 蒋仕宇. Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究. , 2009, 58(5): 3331-3337. doi: 10.7498/aps.58.3331
[17]	许桂贵, 吴青云, 张健敏, 陈志高, 黄志高. 第一性原理研究氧在Ni(111)表面上的吸附能及功函数. , 2009, 58(3): 1924-1930. doi: 10.7498/aps.58.1924
[18]	陈玉红, 康龙, 张材荣, 罗永春, 马军. ［Mg(NH2)2］n(n=1—5)团簇的密度泛函理论研究. , 2008, 57(8): 4866-4874. doi: 10.7498/aps.57.4866
[19]	陈玉红, 张材荣, 马军. MgmBn(m=1,2;n=1—4)团簇结构与性质的密度泛函理论研究. , 2006, 55(1): 171-178. doi: 10.7498/aps.55.171
[20]	曾振华, 邓辉球, 李微雪, 胡望宇. O在Au(111)表面吸附的密度泛函理论研究. , 2006, 55(6): 3157-3164. doi: 10.7498/aps.55.3157

计量

文章访问数: 8039
PDF下载量: 916
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板