Hidrogen adalah energi bersih dengan efisiensi tinggi, sementara masalah penyimpanan dan transportasi masih menghalangi penggunaannya secara ekstensif. Karena luas permukaan spesifik yang besar dan struktur elektronik yang unik, material dua dimensi memiliki potensi besar dalam penyimpanan hidrogen. Khususnya, monolayer 2H-WS2 telah terbukti cocok untuk penyimpanan hidrogen. Tetapi ada beberapa penelitian mengenai dua fase lain dari WS2 (1T, 1T′) dalam penyimpanan hidrogen. Di sini, kami melakukan perhitungan prinsip pertama untuk menyelidiki perilaku adsorpsi hidrogen dari ketiga fase WS2 . Beberapa studi adsorpsi hidrogen juga mengevaluasi kemampuan penyimpanan hidrogen dari bahan-bahan ini. Hasil analisis yang komprehensif menunjukkan bahwa 1T′-WS2 memiliki kinerja penyimpanan hidrogen yang lebih baik daripada 2H-WS2 , yang berarti rekayasa fase dapat menjadi cara yang efektif untuk meningkatkan kinerja penyimpanan hidrogen. Makalah ini memberikan referensi untuk studi lebih lanjut tentang penyimpanan hidrogen dalam material dua dimensi.
Penyimpanan hidrogen konvensional membawa risiko yang cukup besar karena pengapiannya yang rendah, jangkauan mudah terbakar yang luas, dan penggetasan pada baja [1, 2]. Meskipun hidrida logam, seperti CaH2 , dapat menyimpan hidrogen dalam jumlah besar, tidak hanya mudah terbakar saat basah tetapi juga mahal dan sulit digunakan kembali. Oleh karena itu, pencarian bahan penyimpanan hidrogen yang aman, ekonomis, dan efektif telah menjadi perhatian luas [3]. Karena luas permukaan spesifik yang besar dan sifat elektronik yang unik, bahan dua dimensi (2D) telah banyak digunakan di berbagai bidang seperti pemisahan air fotokatalitik, reaksi evolusi hidrogen, transistor, perangkat electroluminescent, penyimpanan gas, dan adsorpsi gas [4, 5,6,7,8,9]. Misalnya, penyerapan hidrogen pada graphene memerlukan rehibridisasi orbital valensi karbon dengan mengubah C–C π ikatan dengan C–H σ ikatan, yang dapat menginduksi celah pita dan momen magnet di sekitar tingkat Fermi sehingga hidrogenasi graphene menawarkan kemungkinan yang menarik untuk secara langsung menulis sirkuit elektronik pada skala atom dengan pola yang telah dirancang sebelumnya [10]. Keberhasilan bahan berbasis graphene juga telah memotivasi penelitian terhadap bahan 2D lainnya yang diterapkan dalam adsorpsi atau penyimpanan gas [11,12,13,14]. Lebih penting lagi, material monolayer transisi logam disulfida (TMD) khususnya telah menunjukkan kinerja yang sangat baik dalam penyimpanan hidrogen [15].
Kapasitas penyimpanan hidrogen dapat dievaluasi dengan kekuatan adsorpsi molekul gas di atas permukaan material [16]. Kekuatan adsorpsi tidak boleh terlalu kuat atau terlalu lemah karena molekul gas target sulit dipisahkan dari bahan di bawah gaya adsorpsi yang kuat atau teradsorpsi goyah di bawah gaya adsorpsi yang lemah [17]. Energi pengikatan rata-rata per molekul hidrogen dari bahan penyimpanan hidrogen yang sesuai adalah dari -0,2 hingga -0,6 eV pada suhu kamar (sekitar 25 °C) [12]. Namun, bahan asli seperti graphene atau TMDs memiliki kekurangan yang kekuatan pengikatannya pada molekul hidrogen terlalu lemah [18, 19]. Metode fungsionalisasi permukaan biasanya diambil untuk meningkatkan sifat penyerapan hidrogennya. Dengan proses doping atau dekorasi, karakteristik permukaan bahan 2D dapat diubah agar sesuai dengan kisaran energi adsorpsi hidrogen sedang, dan kinerja penyimpanan hidrogen dapat lebih ditingkatkan [20]. Namun, sulit untuk menjaga stabilitas sistem dekorasi [21, 22]. Dan itu menantang untuk membius atau mendekorasi secara akurat [23]. Metode seperti itu secara teoritis layak, tetapi jauh dari aplikasi.
Sebagai TMD biasa, MoS2 dan WS2 telah membuktikan potensi aplikasi yang sangat baik mereka di bidang penyimpanan hidrogen [24, 25]. Karena kinerja katalitiknya yang unggul dan sifat kelistrikannya yang unik, MoS2 sangat diperhatikan di banyak bidang [26], dan WS2 sering diabaikan. Dibandingkan dengan MoS satu lapis2 , WS2 memiliki stabilitas termal yang lebih baik [27, 28] dan energi ikat yang lebih besar dengan molekul hidrogen di bawah regangan kompresi [29]. Diketahui bahwa WS2 juga memiliki dua fase lain (1T/1T′), yang memiliki simetri yang berbeda dan sifat elektronik yang berbeda. Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa mereka dapat disiapkan dengan metode sederhana [30, 31]. Sebagian besar metode didasarkan pada transisi fase dari fase 2H WS2 dan dikombinasikan dengan cara stabilisasi. Banyak penelitian telah menunjukkan keberhasilan persiapan 1T/1T′-WS dengan persentase tinggi dan stabil2 (Tabel S1). Baru-baru ini, 1T-WS metalik2 dan percabangannya 1T′-WS2 telah menunjukkan potensi besar dalam aplikasi reaksi evolusi hidrogen (HER) [23, 32]. Hasil penelitian menunjukkan bahwa permukaannya memiliki kekuatan adsorpsi sedang terhadap zat antara reaksi H*. Itu membuka jalan bagi aplikasi lain mereka yang terkait dengan adsorpsi hidrogen seperti penyimpanan hidrogen. Namun, ada beberapa penelitian mengenai sifat penyimpanan hidrogen dari kedua fase WS2 . Efek perbedaan fase pada penyimpanan hidrogen selalu diabaikan.
Dalam pekerjaan ini, kami menyelidiki ketiga fase WS2 untuk membandingkan kesesuaian mereka untuk menjadi bahan penyimpanan hidrogen. Kami melakukan studi teoritis sistematis dari struktur dan menganalisis energi adsorpsi dan konfigurasi adsorpsi molekul gas. Untuk mensimulasikan kondisi kerja nyata, adsorpsi banyak molekul hidrogen dipelajari. Dengan hasil perhitungan dalam pekerjaan ini, kami menemukan bahwa 1T′-WS2 adalah kandidat terbaik di antara ketiga fase WS ini2 sebagai bahan penyimpan hidrogen. Mengubah fase WS2 memberikan peningkatan dalam penyimpanan hidrogen. Dengan demikian, dapat memberikan referensi untuk penelitian penyimpanan hidrogen oleh bahan dua dimensi dalam pandangan fase.
Prinsip pertama digunakan berdasarkan teori fungsi densitas (DFT). Semua perhitungan dalam pekerjaan ini dilakukan di Dmol3 [33]. Pendekatan kepadatan lokal (LDA) digunakan untuk menangani potensi pertukaran dan korelasi dengan fungsi PWC. Potensi produktif tunggal digunakan untuk menggantikan kernel (DFT semi-core pseudopots) untuk mengurangi biaya komputasi. Akurasi yang lebih tinggi dicapai dengan memilih set basis orbital numerik ganda dan fungsi polarisasi orbital (DNP). Kemudian dilakukan uji konvergensi. Setelah tes, Paket Monkhorst k -poin diatur ke 4 × 4 × 1, lalu buat lapisan vakum 20 Å untuk mencegah interaksi antar lapisan. Ketepatan konvergensi energi disetel ke 1 × 10 −5 Hartree (1 Hartree =27.212 eV), perpindahan maksimum adalah 0,005 Å, dan gaya atom tidak lebih dari 0,002 Hartree/Å. Semua perhitungan selanjutnya mengikuti properti ini.
Untuk tiga fase WS2 ini (1T/1T′/2H), model penghitungannya adalah sel super dari 4 × 4 monolayer WS2 . 1T-WS2 dan 2H-WS2 struktur pertama kali dibangun oleh diri kita sendiri. Setelah konstruksi selesai dilakukan optimasi geometrik, termasuk optimasi unit. Dan 1T′-WS2 dibangun berdasarkan 1T′-MoS2 . yang ada . Sedangkan 1T′-MoS2 dibangun berdasarkan model 2 × 2 1T, sebuah atom hidrogen tunggal ditetapkan bersama kunci ke atom S dari 1T MoS2 . Kemudian, sistem diberikan optimasi geometri lagi. Setelah pengoptimalan, atom hidrogen dihilangkan dan dioptimalkan lagi untuk mendapatkan 1T′-MoS2 reguler struktur. Setelah itu, semua atom Mo digantikan oleh atom W dalam model 2×2, kemudian melalui optimasi geometri, termasuk optimasi sel lagi.
Dengan WS 2 × 2 yang dioptimalkan2 model, supercell 4 × 4 monolayer WS2 dibangun. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar S1, model dari ketiga fase WS2 mengandung 32 atom S dan 16 atom W dalam satu sel. Karena 16 dari 25 atom W yang disajikan dalam model fase 1T berada di tepi atau sudut, jumlah atom W yang valid dalam sel masih 16. Ikatan antara setiap atom W dalam model 1T atau 2H adalah sama sedangkan yang ada di 1T′-WS2 tidak sama. Dengan ikatan W–W dalam 1T′-WS2 , susunan atom W terlihat seperti rantai zigzag.
Akibatnya, fase 1T′ juga disebut fase rantai zigzag dalam beberapa penelitian. Kita dapat menemukan unit berulang dalam tiga struktur yang memiliki karakter yang sama. Seperti ditunjukkan pada ilustrasi Gambar 1, kotak hijau mewakili unit berulang dengan hanya atom W di tepi, sedangkan yang merah adalah yang digariskan oleh atom S. Karena perbedaan simetri, ukuran kotak hijau di model 1T′ hampir dua kali lebih besar dari yang ada di model 1T. Kotak merah pada model 1T atau 1T′ berbentuk segi enam, tetapi pada model 2H berbentuk segitiga. Ada juga unit berulang serupa di 1T dan 1T′-WS2 struktur, seperti area persegi panjang biru pada Gambar S1. Selain itu, elemen sumbu simetris yang ditunjukkan dalam kotak merah pada model 1T dan 1T′ juga dapat ditemukan pada Gambar S1 dan yang juga dapat mewakili simetri 1T dan 1T′-WS2 struktur.
Hasil struktur geometri, DOS, dan struktur pita a 2H-WS2 , b 1T-WS2 , dan c 1T′-WS2; bola kuning melambangkan S, dan bola keabu-abuan melambangkan W
Sebuah molekul hidrogen tunggal ditempatkan pada c -sumbu di atas WS2 bidang untuk membentuk model adsorpsi hidrogen, dan beberapa situs adsorpsi dengan simetri geometris tinggi dipilih. Untuk kasus 1T-WS2 ditunjukkan pada Gambar S2 (b) dan (e), ada lima situs:tepat di atas atom S lapisan atas, tepat di atas atom S lapisan bawah, tepat di atas atom W, di atas ikatan atom W, dan lapisan atas atom S, di atas ikatan atom W dan atom S lapisan bawah. Dan untuk 1T′-WS2 , enam situasi ini ditunjukkan pada Gambar S2 (c) dan (f). Untuk 2H-WS2 ditunjukkan pada Gambar S2 (a) dan (d), ada empat situasi:tepat di atas situs atom S, tepat di atas situs atom W, di atas tengah atom W dan situs atom S, dan tepat di atas pusat atom. struktur segi enam. Situs-situs ini dipilih karena mereka adalah situs yang sangat simetris dari bahan-bahan ini. Setelah diberikan optimasi geometri dan perbandingan energi adsorpsi, dapat ditemukan situs adsorpsi yang stabil. Dan kami membedakan postur molekul hidrogen yang teradsorpsi pada 1T′-WS2 karena simetri strukturalnya yang relatif lebih rendah. Molekul hidrogen diatur secara horizontal atau vertikal (seperti yang ditunjukkan pada Gambar S3), yang menggandakan situasi. Setelah optimasi geometri, semua energi adsorpsi disajikan pada Tabel S2. Situs adsorpsi yang paling stabil dipilih sesuai dengan hasil energi adsorpsi. Untuk proses adsorpsi hidrogen, energi adsorpsi dihitung dengan fungsi berikut:E iklan =E tot E mat E hid , di mana E tot adalah energi total dari masing-masing tiga fase WS2 dengan molekul hidrogen teradsorpsi, E mat (energi material) mewakili energi total WS murni2 , dan E hid mewakili energi total dari molekul hidrogen yang terisolasi. Menurut hubungan ini, nilai absolut yang lebih tinggi dari E iklan menyebabkan stabilitas yang lebih dari sistem adsorpsi. Gaya kerja antara bahan dan molekul gas target juga dapat dicerminkan oleh nilai absolut E iklan . Gaya tolak-menolak diwakili oleh nilai positif E iklan , sedangkan nilai negatif mencerminkan gaya tarik menarik. Meskipun energi adsorpsi yang tepat tidak dapat diperoleh melalui metode ini [34], itu dapat mencerminkan bentuk dan kekuatan interaksi antara hidrogen dan bahan penyerap. Seperti diperkenalkan di atas, energi adsorpsi yang ideal untuk aplikasi penyimpanan hidrogen untuk setiap molekul hidrogen adalah 0.2 hingga 0.6 eV/H2 pada suhu kamar [35].
Untuk semua model material ini, struktur dengan energi terendah dapat ditemukan setelah optimasi geometri. Panjang semua ikatan W–S pada lapisan tunggal 1T-WS2 dan 2H-WS2 adalah 2,428 Å dan 2,402 Å, masing-masing. Tapi mereka yang ada di 1T′-WS2 tidak sama, yang memiliki panjang sekitar 2,453 Å, 2,410 Å, dan 2,490 Å. Juga dapat ditemukan bahwa ikatan W–W dalam model 1T′ yang dioptimalkan memiliki panjang sekitar 2,784 Å. Struktur pita dari ketiga fase WS murni yang dioptimalkan ini2 ditunjukkan pada Gambar. 1. Untuk fase 1T metalik, tidak ada celah pita. Dan untuk fasa 1T′ memiliki struktur pita semi-logam. Sedangkan pada fase 2H, struktur pita sesuai dengan karakteristik semikonduktor. Partial density of state (PDOS) dari ketiga model ini juga ditunjukkan pada Gambar 1. Dapat dilihat dari hasil PDOS bahwa bentuk orbit Sp dan Wd paling mirip dengan total DOS pada ketiga gambar tersebut. , menunjukkan orbit Sp dan Wd berkontribusi pada total DOS, sebagian besar untuk ketiga fase WS ini2 . Kecenderungan hasil DOS 1T′-WS2 sesuai dengan struktur pita dan setuju dengan penelitian sebelumnya [32]. Posisi yang berbeda dari molekul hidrogen yang diserap dibandingkan untuk menemukan yang paling stabil di ketiga model ini. Posisi dipilih sesuai dengan E iklan dan Hirschfeld mengisi hasil dari situasi yang terdaftar tentang molekul hidrogen tunggal yang diserap dalam struktur tiga fase ini (E iklan dan hasil pengisian Hirschfeld ditunjukkan pada Gambar. 2a-c dan Tabel S2). Untuk 1T WS2 , ini adalah situs 3, dan untuk 1T′-WS2 , itu adalah situs 1 (seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2b, c), sedangkan untuk 2H-WS2 , itu adalah situs 3 (semua ditunjukkan pada Gambar. 2a dan Tabel S2-S3). Berdasarkan hasil tersebut, pertama, WS fase 1T2 tidak cocok untuk adsorpsi hidrogen karena E iklan untuk hidrogen pada 1T WS2 jauh signifikan dari 0,6 eV (Tabel S2). Itu berarti akan terlalu sulit untuk melepaskan molekul hidrogen yang teradsorpsi dari 1T WS2 permukaan. Menurut hasil ini, penelitian berikut seharusnya tidak memperhatikan fase ini. E iklan hasil fase 1T′ dan fase 2H sekitar 0,27 eV, keduanya berada dalam rentang energi adsorpsi yang berlaku untuk aplikasi penyimpanan hidrogen.
Hasil energi adsorpsi H2 sistem adsorpsi untuk a tunggal H2 pada 2H-WS2, b dan c tunggal H2 di 1T’-WS2; Hasil PDOS situasi dengan Eiklan terendah (kiri) atau tertinggi (kanan) di d model 2H dan di e Model 1T
Untuk membandingkan lebih lanjut kedua fase ini, analisis PDOS dilakukan, yang ditunjukkan pada Gambar. 2d, e. Bagian kiri menunjukkan energi adsorpsi PDOS terendah dari dua fase, sedangkan bagian kanan adalah dua yang tertinggi. Ada perbedaan kecil dalam kedua situasi energi terendah atau tertinggi. Di bagian kiri Gambar 2d, e (yang sesuai dengan energi adsorpsi terendah), puncak utama keduanya pada − 3 hingga 5 eV. Sedangkan untuk bagian kanan (yang merupakan energi adsorpsi tertinggi), muncul antara 2.5 dan 6 eV. Penampilan ini berarti ada superposisi yang lebih besar antara PDOS dari molekul hidrogen dan WS2 , yang menunjukkan interaksi yang lebih kuat di antara mereka. Hasil ini sesuai dengan hasil energi adsorpsi yang baik. Namun, hasil PDOS untuk situasi molekul hidrogen tunggal masih belum dapat mencerminkan dengan baik perbedaan sifat adsorpsi hidrogen antara kedua jenis bahan ini.
Oleh karena itu, kami telah melakukan studi tentang perbedaan jumlah molekul hidrogen yang teradsorpsi pada permukaan 1T′ dan 2H-WS2 . Seperti yang ditunjukkan Gambar S4, kami menetapkan jumlah molekul hidrogen yang berbeda (16, 32, 48, dan 64) pada permukaan 1T′ dan 2H-WS2 . Untuk 1T′-WS2 , ketika jumlah molekul hidrogen di bawah 16, masing-masing molekul hidrogen diatur pada posisi paling stabil (situs 1v). Mempertimbangkan pengaruh interaksi potensial antara beberapa H2 molekul, selanjutnya kita bahas susunan H2 saat 2 atau 3 H2 molekul teradsorpsi 1T′-WS2 . Untuk dua molekul hidrogen, kami mempertimbangkan tiga situasi:situs tetangga (2H2 -1), di situs terpisah di sisi yang sama (2H2 -2), dan di situs terdekat dari sisi yang berbeda (2H2 -3). Untuk tiga molekul hidrogen, ada lima kasus:tiga situs bertetangga dengan sisi yang sama (3H2 -1); dua tetangga dan satu terpisah, semua pada sisi yang sama (3H2 -2); tiga dipisahkan pada sisi yang sama (3H2 -3); dua tetangga di sisi yang sama dan satu di sisi lain (3H2 -4); dan dua dipisahkan di sisi yang sama dan satu di sisi lain (3H2 -5). Adsorpsi yang dihitung untuk setiap kasus dibandingkan (Tabel S4). Hasilnya menunjukkan bahwa pengaturan molekul hidrogen di situs tetangga 1T′-WS2 akan membuat total energi adsorpsi lebih besar dari kasus terpisah. Artinya perubahan energi adsorpsi yang tidak teratur akan terjadi jika H2 molekul diatur secara acak bahkan pada situs adsorpsi yang sama. Namun, tidak ada pengaruh nyata ketika molekul hidrogen ditetapkan pada lokasi terdekat dari sisi yang berbeda dari 1T′-WS2 . Berdasarkan hasil ini, molekul hidrogen diatur menurut prinsip berikut:ketika H2 molekul di bawah 8, molekul hidrogen ditetapkan pada situs adsorpsi yang tidak berdekatan di kedua sisi 1T′-WS2; ketika jumlahnya 8 sampai 16, situs tetangga tidak bisa dihindari. Situs adsorpsi yang berdekatan masih dihindari sebisa mungkin. Ketika molekul hidrogen berada di antara 17 dan 32, 16 di antaranya diatur pada posisi paling stabil (situs 1v), dan sisanya diatur secara vertikal di atas atom W (situs 3v). Ketika molekul hidrogen lebih dari 32, jarak antara molekul hidrogen ini akan diprioritaskan untuk menghindari pembentukan gugus molekul hidrogen, yang ditunjukkan pada Gambar S6. Kemudian, penempatan horizontal atau vertikal akan tergantung pada hasil energi adsorpsi hidrogen tunggal. Oleh karena itu, ketika H2 antara 33 dan 48, 16 molekul pertama berada di situs 1v, 16 molekul kedua berada di situs 3v, dan sisanya di situs 4h. Ketika jumlahnya di atas 48, 16 molekul pertama berada di situs 1v, 16 molekul kedua berada di situs 3v, 16 molekul ketiga berada di situs 4h, dan sisanya di situs 2h. Kami mencoba untuk mengatur molekul hidrogen secara merata di kedua sisi struktur ini dan memastikan bahwa jarak antara setiap molekul hidrogen cukup jauh. Pada kondisi fase 2H, mirip dengan kasus 1T′-WS2 , ketika molekul hidrogen di bawah 32, masing-masing diatur pada posisi paling stabil yang dibahas di atas (situs 3). Untuk menghindari efek inkonsistensi yang disebabkan oleh interaksi antara molekul hidrogen, molekul hidrogen ditempatkan pada tempat yang tidak berdekatan bila jumlahnya kurang dari 16. Tetapi kita harus mencoba untuk menghindari tempat yang berdekatan bila jumlahnya antara 17 dan 32. Bila jumlahnya antara 33 dan 64, sisanya ditempatkan di tengah segi enam (situs 4). Kami juga mencoba mendistribusikan semua molekul mengikuti prinsip yang disebutkan di atas. Di sisi lain, kami juga mempertimbangkan stabilitas sistem adsorpsi dengan konsentrasi H2 yang tinggi. molekul. Ketika molekul gas lebih dari 16, stabilitas seluruh sistem juga telah dieksplorasi dengan simulasi dinamika molekul, yang disajikan pada Gambar S7. Setelah 500 langkah simulasi dinamika molekul, tidak ada tekuk geometri yang muncul, dan energi total juga tetap hampir konstan sehingga seluruh sistem memiliki stabilitas yang baik.
Energi adsorpsi pada molekul hidrogen dihitung setelah diberikan optimasi geometri. Seperti yang ditunjukkan Gambar 3, tidak peduli fase mana dari WS2 , energi adsorpsi total meningkat hampir secara linier ketika jumlah molekul hidrogen meningkat. Itu berarti ketika jumlah molekul hidrogen meningkat, gaya interaksi antara bahan dan molekul yang teradsorpsi tidak banyak berubah. Daerah hijau pada Gambar. 3a menyajikan daerah energi adsorpsi hidrogen moderat. Dapat ditemukan bahwa 2H-WS2 keluar dari area ini lebih awal dari fase 1T′. Artinya bila jumlah H2 . yang teradsorpsi molekul menjadi berlebihan, lebih banyak molekul hidrogen akan sulit dilepaskan dari 2H-WS2 daripada dari 1T′-WS2 , yang bermaksud kapasitas hidrogen yang lebih kecil. Kemudian juga, seperti yang ditunjukkan Gambar 3, jumlah molekul hidrogen untuk energi adsorpsi rata-rata molekul hidrogen yang teradsorpsi berada dalam kisaran 0.2 hingga 0.6 eV di bawah 48 atau 55 pada situasi fase 2H atau 1T′ , masing-masing. Itu berarti kuantitas adsorpsi yang wajar secara teoritis untuk hidrogen pada 2H-WS2 bisa sampai 2,4 wt%, sedangkan pada fase 1T′ bisa sampai 2,7 wt%. Hal itu menunjukkan bahwa mengubah fase dapat meningkatkan kinerja penyimpanan hidrogen WS2 efektif. Rata-rata energi adsorpsi kedua jenis WS2 berkurang dan kemudian meningkat ketika tidak lebih dari 8. Mudah dipahami bahwa ketika bahan menyerap lebih banyak molekul gas, gaya interaksi rata-rata antara molekul gas dan bahan akan menjadi lebih lemah. Namun, ketika jumlah molekul hidrogen lebih besar dari 8, alasan peningkatan energi adsorpsi rata-rata masih belum diketahui.
Grafik a energi adsorpsi total dan b energi adsorpsi rata-rata sebagai fungsi dari jumlah molekul hidrogen yang diserap pada 1T’- dan 2H-WS2
Lakukan studi PDOS lagi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Dapat ditemukan bahwa dengan bertambahnya jumlah molekul hidrogen, total PDOS dari molekul hidrogen yang teradsorpsi menjadi tersebar di kedua fase WS2 (terutama bila jumlah molekul hidrogen lebih dari 16). Dan cakupan PDOS dari molekul hidrogen tunggal yang teradsorpsi dalam sistem ini juga menjadi lebih luas. Tetapi PDOS untuk atom W dan atom S tetap tidak berubah, yang menunjukkan stabilitas kedua bahan ini ketika molekul hidrogen diadsorpsi. Hasilnya juga menunjukkan bahwa dengan bertambahnya jumlah molekul hidrogen, area tumpang tindih PDOS antara molekul hidrogen dan dua WS2 molekul meningkat.
Hasil PDOS dari beberapa H2 sistem adsorpsi untuk a semua dan b molekul hidrogen tunggal pada 2H-WS2 dan 1T’-WS2
Interaksi antara molekul hidrogen dan WS2 menjadi lebih kuat. Itu mengungkapkan alasan peningkatan energi adsorpsi rata-rata ketika jumlah molekul hidrogen yang teradsorpsi menjadi lebih banyak.
Untuk lebih mengeksplorasi interaksi antara molekul hidrogen dan bahan, studi perbedaan kerapatan elektron (EDD) juga dilakukan. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 5 (planform pada Gambar S5), EDD dihasilkan ketika 4, 16, 32, dan 64 molekul hidrogen teradsorpsi pada 2H atau 1T′-WS2 disajikan. Daerah oranye mewakili daerah nilai positif, menunjukkan kecenderungan untuk mendapatkan elektron. Sedangkan area biru berarti area negatif, mewakili penipisan elektron. Untuk 2H dan 1T′-WS2 , area oranye lebih mungkin muncul di dekat atom S, sedangkan area biru dekat dengan atom H. Kecenderungan menjadi lebih jelas ketika 32 atau 64 hidrogen diadsorpsi, seperti yang ditunjukkan Gambar 5c, d, g, dan h. Hal ini juga dapat diamati bahwa ada area oranye dan biru di antara molekul hidrogen ketika lebih banyak molekul hidrogen yang teradsorpsi, menunjukkan interaksi antara H2 yang teradsorpsi. molekul ada. Itu menambah gaya adsorpsi untuk setiap molekul hidrogen pada material, meningkatkan energi adsorpsi rata-rata. Selain itu, ada hal lain yang tidak dapat diabaikan bahwa area biru yang jelas terlihat ketika molekul hidrogen lebih banyak teradsorpsi pada 1T′-WS2 (Gbr. 5 g, h). Sementara dalam kasus 2H, fenomena seperti itu tidak terlihat. Itu menunjukkan bahwa atom W juga mengalami proses redistribusi elektron. Dan atom W dalam 1T′-WS2 cenderung menawarkan lebih banyak elektron untuk berbagi suplai elektron yang sebagian besar disediakan oleh molekul hidrogen daripada di 2H-WS2 kasus. Berdasarkan ini, gaya kerja pada setiap molekul hidrogen melemah sampai batas tertentu. Itu bisa menjadi alasan mengapa 1T′-WS2 dapat menampung lebih banyak molekul hidrogen daripada 2H-WS2 di bawah jaminan kekuatan penyerap rata-rata menjadi moderat.
Perbedaan kerapatan elektronik a 4H2 pada 2H-WS2 , b 16H2 pada 2H-WS2 , c 32J2 pada 2H-WS2 , d 64H2 pada 2H-WS2 , e 4H2 pada 1T-WS2 , f 16H2 pada 1T-WS2 , g 32J2 pada 1T-WS2 , dan h 64H2 pada 1T-WS2 . Nilai isosurface diambil sebagai 0,002 e/Å
Dalam makalah ini, model adsorpsi hidrogen monolayer 2H, 1T, dan 1T′ WS2 dibangun. Kapasitas adsorpsi mereka untuk hidrogen dieksplorasi oleh pendekatan kepadatan lokal (LDA). Kemudian, dengan membandingkan energi adsorpsi ketika beberapa molekul hidrogen diadsorpsi, ditemukan bahwa 1T′-WS2 bisa mengandung lebih banyak molekul hidrogen daripada 2H-WS2 sedangkan energi adsorpsi rata-rata berada pada kisaran sedang (− 0.2 sampai 0.6 eV). Ini dapat mencapai rasio adsorpsi hidrogen yang wajar hingga 2,7 wt%, lebih dari 2H-WS2 , yaitu 2,4 wt%, menunjukkan pengaruh fasa yang nyata untuk penyimpanan hidrogen, dan fasa 1T′ WS2 memiliki kapasitas hidrogen yang lebih besar daripada rekan 2H. Mempertimbangkan semua hasil yang dihitung dalam penelitian ini, 1T′ fase WS2 adalah bahan yang cocok untuk aplikasi adsorpsi hidrogen. Ini dapat memberikan referensi teoretis untuk studi tentang bahan penyimpanan hidrogen yang sangat terintegrasi.
Semua data tersedia sepenuhnya tanpa batasan.
bahan nano
CW pembaca akan mengetahui tentang STELIA Aerospace (Toulouse, Prancis) dari liputan kami tentang demonstran pesawat komposit termoplastik dalam proyek ARCHES TP dan tur saya ke fasilitas Méaulte pada tahun 2019. Namun, perusahaan ini memiliki cadangan keahlian komposit yang mendalam, yang mencakup
Molekul Kecil, Dampak Besar:Bagaimana Everfuel Membuka Jalan untuk Produksi Hidrogen Hijau Hidrogen adalah perbatasan besar berikutnya dalam energi. Banyak, mudah diekstraksi, dan ketika digunakan sebagai bahan bakar, tidak menghasilkan CO2 emisi. Ini memegang janji luar biasa sebagai sumber listri
Studi Kasus:Swagelok Mendorong Inovasi Sistem Fluida untuk Pertahanan Lightfoot Simon Cooke, Distributor &Direktur Pelaksana, Swagelok Bristol Tentang Pelanggan Dengan pengalaman lebih dari 130 tahun di bidang pendinginan dan penyejuk udara, Lightfoot Defense adalah merek pilihan untuk produk d
Secara tradisional, manufaktur aditif telah digunakan di berbagai bidang seperti otomotif , pendidikan atau arsitektur , diantara yang lain. Namun, proyek ini dikembangkan dalam kerangka geologi . Tomas Feřtek, seorang insinyur riset di Institut Geologi, telah menggunakan pencetakan 3D untuk mengha
