《缺陷石墨烯高效储氢及其机械稳定性:结合密度泛函理论和分子动力学模拟研究》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2020-12-15
  • 采用密度泛函理论和分子动力学相结合的方法,在原子水平上研究石墨烯的修饰,以更好地储存H2。研究表明,氢缺陷石墨烯结构V222的H2解吸为放热结构。与原始石墨烯相比,V222的H2吸附和解吸过程更具可逆性。我们的研究表明,V222在拉伸载荷下发生脆性断裂,与原始石墨烯的情况类似。V222的抗拉强度较原始材料略有降低,这是由于sp2杂化向sp3类杂化转变所致。研究还表明,V222结构在机械上比没有化学吸附氢原子的缺陷石墨烯结构更稳定。因此,目前的基础研究揭示了V222中吸附氢的高效回收机制,并为石墨烯结构缺陷的工程存储H2铺平了道路。

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    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2018-11-10
    • 石墨烯具有机械柔软性、高导电性和超薄厚度等优异性能,被认为是一种极具潜力的可穿戴设备材料。然而,在如此复杂的条件下,石墨烯的热耗散仍然存在挑战,这将严重影响便携式电子产品的性能。利用分子动力学模拟,我们从石墨烯的缺陷、单轴拉伸应变和垂直应力三个方面系统分析了石墨烯在可穿戴设备中的应用。通过删除原始石墨烯平面上的原子,构建了三种缺陷形态(水平线缺陷、圆形缺陷和垂直线缺陷)。导热系数与垂直于热流方向的投影缺陷面积有关。相对导热系数随单轴拉伸应变的增加呈三次递减趋势。此外,石墨烯的导热系数不仅与变形量有关,还与压缩区域的类型有关。结果表明,随着竖向变形的增大,局部应力作用下导热系数明显减小,而整体应力作用下导热系数未见明显下降。本研究旨在为用石墨烯制造柔性装置的实验者提供指导和概算。 ——文章发布于2018年11月2日
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    • 来源专题:关键原材料知识服务平台
    • 编译者:费鹏飞
    • 发布时间:2025-06-23
    • 6月13日,密歇根大学在《Nature Physics》上发表题为“Quasicrystal stability and nucleation kinetics from density functional theory”的论文,报道了基于密度泛函理论的准晶稳定性与成核动力学。 准晶作为介于非晶与晶体之间的特殊凝聚态,其非周期性有序结构使得其属于亚稳态还是基态相这一根本问题长期悬而未决。虽然密度泛函理论常被用于评估材料热力学稳定性,但准晶的长程非周期性使得传统第一性原理方法难以计算其能量。 研究人员通过系统计算尺寸递增的准晶纳米粒子,首次实现对其体相能与表面能的外推求解。基于该方法,我们以高置信度确定二十面体准晶ScZn7.33和YbCd5.7均为基态相,从而证明平移对称性并非无机固体零温稳定性的必要条件。值得注意的是,尽管ScZn7.33准晶被证实具有热力学稳定性,但通过构建热力学-动力学混合相图,我们发现其熔体凝固过程受成核动力学限制——这一发现深刻阐释了即使热力学稳定的材料也可能面临生长动力学障碍的内在机制。本研究发展的计算方法为系统探究非周期材料的结构-成键-稳定性关系开辟了第一性原理研究的新范式。