Molecular Hydrogen Formation on Astrophysically Relevant Surfaces
利用速率方程分析了在接近于星际介质中所遇到的条件下，在天体物理相关表面上形成分子氢的最新实验结果。速率方程模型的参数拟合到在实验室中获得的程序升温脱附曲线。这些参数是原子氢扩散和解吸的活化能势垒、分子氢解吸的势垒以及氢分子在复合时自发解吸的概率。该模型是一个推广的Polanyi-Wigner方程，并提供了一个单一的模型内的一阶和二阶动力学过程的描述。使用最适合的实验结果的参数的值，氢复合橄榄石和非晶碳表面的效率得到的范围内的氢通量和表面温度有关的广泛的星际条件。
1999-06-03 astro-ph physics.chem-ph
TDS Simulator: A MATLAB App to model temperature-programmed hydrogen desorption
本研究推出首款可模拟任意材料参数下TDS曲线的MATLAB应用TDS Simulator，支持逆向校准估算氢陷阱特性，经文献验证有效，可助力多领域的氢-材料相互作用表征。
2024-11-02 cs.CE physics.chem-ph
Hydrogen storage with titanium-functionalized graphene
我们报告了在钛覆盖的石墨烯上的氢吸附和解吸，以测试使用金属原子官能化的石墨烯用于储氢的理论建议。在室温下，钛岛以约10 nm的平均直径生长。然后将样品与氢一起加载，并通过热脱附光谱研究其脱附动力学。在400 ~ 700 K的温度范围内观察到氢的脱附现象。我们的研究结果表明，在室温下的氢结合的稳定性，并表明，氢解吸在中等温度下符合实际储氢应用所需的。
2013-12-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
On the relative efficacy of electropermeation and isothermal desorption approaches for measuring hydrogen diffusivity
采用冷轧纯铁研究了电化学渗透（EP）法和等温脱附谱（ITDS）法测定氢扩散系数的相对有效性。从13个第一瞬态和8个第二瞬态EP实验，使用传统的滞后和突破时间的方法进行评估，确定的扩散系数进行比较，10 ITDS实验的结果。结果表明，第二EP瞬态和ITDS之间的平均扩散率是相似的，这是明显增加相对于第一EP瞬态。然而，ITDS实验的变异系数相对于第一和第二EP瞬变降低了2倍和3倍，证实了ITDS扩散率测量的可重复性提高。EP测量误差增加的来源进行了系统的评估，揭示了假设的电化学边界条件的EP实验的分析和解释的重要影响。
2022-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Molecular Hydrogen Formation on Ice Under Interstellar Conditions
利用速率方程模型分析了低密度和高密度非晶冰面上分子氢形成的实验结果。得到了相应的扩散和脱附过程的激活能垒。与高密度冰相比，低密度冰的更多多孔形态产生更宽的能垒谱。将这些参数插入到稳态条件下的速率方程模型中，我们评估了分子氢在冰覆盖的星际尘埃颗粒上的生产率。
2005-03-29 astro-ph physics.chem-ph
Atmospheric Pressure Ammonia Synthesis on AuRu Catalysts Enabled by Plasmon-Controlled Hydrogenation and Nitrogen-species Desorption
本研究提出可见光驱动的AuRu双金属等离激元合金，在常温常压下通过热电子促进氮物种加氢和氢辅助N₂裂解实现氨合成。
2024-10-02 physics.chem-ph
Transition from chemisorption to physisorption of H2 on Ti functionalized [2,2,2]paracyclophane: A computational search for hydrogen storage
本文采用密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了钛功能化的[2，2，2]对环芳烷（PCP 222）的吸放氢性能和储氢性能。Ti原子通过杜瓦相互作用与PCP 222的苯环形成强键。随后，扩散能垒的计算揭示了5.97 eV的显著高的能垒，防止了Ti在PCP 222表面上的聚集。在吸附氢时，第一个H2分子被化学吸附在PCP 222上，与Ti金属的结合能为1.79 eV。然而，进一步加入H2分子，通过Kubas型H2相互作用显示其在PCP 222-Ti上的物理吸附。通过Hirshfeld电荷分析和静电势图探讨了氢吸附过程中的电荷转移机制，通过PDOS和Baders拓扑分析揭示了Ti与H2相互作用的本质。用三个Ti原子官能化的PCP 222显示出高达7.37wt%的最大氢吸收能力，这相当高于US-DOE标准。实际的H2存储估计表明，在环境条件下，高达6.06重量%的H2分子的重量密度可以使用，和高达1.31重量%的吸附的H2分子保留与主机。的ANOMA分子动力学模拟保证了可逆性的解吸吸附的H2和结构完整性的主机材料在充分高于解吸温度（300 K和500 K）。因此，Ti官能化的PCP 222可以被认为是一种生物学上可行的和潜在可逆的H2存储材料。
2023-01-10 physics.chem-ph
Hydrogen storage in Li functionalized [2,2,2]paracyclophane at cryogenic to room temperatures: A computational quest
本文采用色散校正的密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了锂功能化的[2，2，2]对环芳烷（PCP 222）的吸放氢性能和储氢性能。发现Li原子通过杜瓦相互作用与PCP 222的苯环形成强键。随后，扩散能垒的计算揭示了1.38 eV的显著高的能垒，防止了Li在PCP 222上的聚集。主体材料PCP 222 -3Li通过电荷极化机制吸附多达15 H2分子，平均吸附能为0.145 eV/5 H2，表明吸附为物理吸附类型。用三个Li原子官能化的PCP 222显示出最大的吸氢容量高达8.32wt%，这相当高于US-DOE标准。实际储存估算表明，在260 K-300 K和1-10 bar的压力范围内，PCP 222 -3Li 100%脱附吸附的H2分子。由Vant-Hoff关系估计的最大H2脱附温度被发现在1巴和5巴下分别为219 K和266 K。在高于脱附温度（300 K和500 K）的条件下，ANO 3分子动力学模拟保证了吸附H2的可逆性和主体材料的结构完整性.因此，Li-官能化的PCP 222可以被认为是在室温以下在化学上可行的和潜在可逆的H2储存材料。
2023-01-10 physics.chem-ph
Ammonia snow-lines and ammonium salts desorption
上下文行星系中的氮气储存是一个长期存在的问题。部分含氮分子可能在恒星演化的冷阶段被结合到冰体中，当冰被加热时，如在活跃的彗星中，可能逐渐释放到气相中。氮储库的化学性质应该会极大地影响氮如何、何时以及以何种形式返回气相，或者被纳入形成行星体的耐火材料中。目的。本文研究了两种铵盐：甲酸铵和乙酸铵从金表面和水冰基底上的热脱附。方法.采用程序升温脱附实验和傅里叶变换红外反射光谱研究了铵盐的脱附行为。结果铵盐是半挥发性物质，在高于水冰的热解吸温度的温度下，在解吸时释放中性物质作为主要组分，即氨和相应的有机酸（HCOOH和CH 3COOH）。它们的脱附遵循一阶Wigner-Polanyi定律。对甲酸铵和乙酸铵的一级动力学参数分别为A = 7.7 $\pm$ 0.6 $\times$ 10 $^{15}$ s $^{-1}$和E $_{bind}$ = 68.9 $\pm$ 0.1 kJ~mol $^{-1}$和A = 3.0 $\pm$ 0.4 $\times$ 10 $^{20}$ s $^{-1}$和E $_{bind}$ = 83.0 $\pm$ 0.2 kJ~mol $^{-1}$。水冰基质的存在不影响解吸动力学。锁定在盐中的氨分子在比以前预期的高得多的温度下作为中性分子解吸，这通常归因于耐火材料。结论.氨雪线的半径小于水雪线的半径。因此，太阳系天体中的NH3/H2O比率含量可以作为它…
2021-04-21 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.chem-ph
Molecular Hydrogen Formation on Amorphous Silicates Under Interstellar Conditions
首次提出了在无定形硅酸盐表面上形成分子氢的实验结果，并用速率方程模型进行了分析。得到了相应的扩散和脱附过程的能垒。他们原来是显着高于那些获得较早的多晶硅酸盐，证明了晶粒形态的重要性。利用这些障碍，我们评估的效率，分子氢形成的非晶硅酸盐颗粒在星际条件下。结果发现，与多晶硅酸盐，无定形硅酸盐颗粒是有效的催化剂的H $_{2}$形成的温度范围内，这是相关的扩散星际云。结果还表明，氢分子与表面的热化和解吸的低动能。因此，它们不太可能占据高激发态。
2007-04-18 astro-ph physics.chem-ph
Enhanced H$_2$ storage capacity of the bilayer hexagonal Boron Nitride(h-BN) incorporating Van der Waals interaction under applied external electric field
轻质2D材料由于其大的表面积正在研究其储氢应用。研究了氢在电场诱导h-BN双层膜上的吸附特性。根据我们的理论计算，双层的总存储容量为6.7重量%，Eads为0.308 eV/H $_2$。在没有外加电场的情况下，H-$_2$分子从h-BN双层体系中的脱附温度为243 K。在外加电场作用下，E $_{\rm ads}$在0.311-0.918 eV/H $_2$范围内，脱附温度为245-725 K。电荷转移分析表明，h-BN双层膜与H $_2$分子之间的电荷转移为0.001-0.008 |e|。吸附机理为弱范德华相互作用。我们的研究结果表明，外部电场提高了平均吸附能以及脱附温度，从而使h-BN双层储氢的一个有前途的候选人。
2021-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydrogenation at low temperatures does not always lead to saturation: the case of HNCO
上下文人们普遍认为，氢化反应在寒冷、致密的分子核中的颗粒表面上占主导地位，使冰帽中的分子饱和。目的。研究了固相异氰酸与氢原子的低温反应性，旨在阐明其反应网络。方法.傅里叶变换红外光谱和质谱法被用来跟踪纯HNCO冰在轰击过程中与H原子的演变。多层和单层制度进行了研究。结果HNCO的氢化不产生可检测量的甲酰胺（NH2CHO）作为主要产物。使用氘的实验表明，固体HNCO的氘化迅速发生，可能是通过循环反应途径再生HNCO。在这些反应循环期间的化学解吸导致HNCO从表面损失。结论. HNCO不太可能形成大量的NH2CHO。然而，在致密区域，HNCO的氘化将发生。HNCO和DNCO将被引入气相中，即使在低温下，作为化学解吸的结果。
2015-02-11 astro-ph.SR physics.chem-ph
Exploring yttrium doped C$_{24}$ fullerene as a high-capacity reversible hydrogen storage material: DFT investigations
采用密度泛函理论研究了钇修饰的C $_{24}$富勒烯的储氢性能。单Y原子在C $_{24}$富勒烯上可可逆吸附最多6个H $_2$分子，平均吸附能为-0.37 eV，平均脱附温度为477 K，适合于燃料电池应用。氢的重量含量为8.84%，超过了美国能源部（DoE）规定的6.5wt%H的目标值。Y原子与C $_{24}$富勒烯的结合能为-3.4 eV，这是由于Y-4d和Y-5s轨道向C $_{24}$富勒烯的C-2 p轨道的电荷转移所致. H $_2$分子与Y原子的相互作用是由于Kubas型相互作用，涉及从金属d轨道到H 1 s轨道的电荷捐赠，以及导致H-H键长轻微延长的反馈捐赠。通过从头计算分子动力学模拟证实了体系在最高脱附温度下的稳定性，并通过计算Y原子运动的扩散能垒研究了金属-金属团簇的形成。我们已经纠正了所有的范德华力（VDW）相互作用的计算能量，通过应用色散能量校正，除了GGA交换相关功能的贡献。C $_{24}$ +Y系统在室温下是稳定的，并且在最高脱附温度下，足够的扩散能垒的存在防止金属-金属聚集。此外，H $_2$的结合能在DoE的目标值内（-0.2-0.7 eV/H $_2$），而H $_2$吸收（8.84% H）高于DoE的标准。因此，我们建议Y修饰的C $_{24}$富勒烯可以作为一个实际可行的潜在的储氢候选人。
2022-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Molecular dynamics simulations of the ice temperature dependence of water ice photodesorption
采用分子动力学（MD）模拟和解析势研究了不同冰温下非晶水冰的紫外光解离。10 K下无定形和结晶水冰紫外光解离的分子动力学计算[S. Andersson等人，J. Chem.Phys.124，064715（2006）]揭示了-对于两种类型的冰-H原子、OH和H2O解吸是在冰的最上层中光激发之后的最重要的过程。水的脱附或者通过重新结合的水的直接脱附发生，或者当解离后，H原子将其部分动能转移到周围的水分子中的一个从而从冰中被踢出时发生。我们目前的MD模拟结果的紫外光解离的无定形冰在10，20，30，和90 K，以分析冰的温度对紫外光解离过程的影响。解吸和捕获概率计算的光激发的H2O在顶部的四个单层和主要结论是在协议与10 K的结果：解吸占主导地位的顶层，而捕获发生在更深的冰。氢原子的光脱附几率与冰温无关，但OH和H2O的光脱附几率随冰温略有增加（约30%）。我们比较了总的光脱附概率（OH+H2O）与实验总的光脱附产率，在这两种情况下的概率上升顺利与冰温度。实验产率平均比我们的理论结果大3.8倍，这可以通过研究的不同时间尺度和我们模型中的近似值来解释。
2010-05-20 physics.chem-ph
Chemical desorption versus energy dissipation: insights from ab-initio molecular dynamics of HCO formation
分子云是银河系中恒星形成的寒冷区域。它们富含相当复杂的分子。这些分子中的许多被认为是在渗透银河系的星际亚微米大小的尘埃颗粒的冰冷表面上合成的。在10 K的温度下，热解吸是无效的，因此，为什么这些分子会在冷气体中被发现，这让天文学家们困惑了多年。当前模型的假设，称为化学解吸，是由在晶粒表面的化学反应释放的分子形成能量被部分吸收的晶粒和剩余的一个原因喷射到气体中的新形成的分子。在这里，我们报告了一个准确的从头算分子动力学模拟，旨在研究的命运的第一个反应的H加成链上CO，CO + H $\rightarrow$ HCO，发生在一个结晶冰表面模型释放的能量。我们表明，约90%的HCO形成能量被注入到第一皮秒的冰，离开HCO的能量含量（10-15 kJ摩尔$^{-1}$）超过一个因素比它的吸附能（30 kJ摩尔$^{-1}$）低两个。因此，在协议与实验室实验中，我们得出结论，化学解吸是无效的这个特定的系统，即H + CO结晶冰。我们怀疑这种行为是相当普遍的，当处理氢键，这是负责的凝聚能的冰地幔和吸附物的相互作用，作为HCO自由基，即使特设的模拟需要得出具体的结论对其他系统。
2020-04-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.chem-ph
Production of interstellar hydrogen peroxide (H2O2) on the surface of dust grains
上下文水在星际介质中的尘埃颗粒上的形成可能会以过氧化氢（H2 O2）作为中间体进行。最近，在ρ Oph A中检测到气相H2 O2，其相对于H2的丰度为~ 1 E-10。目标。我们的目标是定量重现在ρ Oph A中检测到的H2 O2和其他物种的观测丰度。方法.我们利用的化学网络，其中包括气相反应，以及对晶粒的过程，也包括通过化学反应从晶粒表面的解吸。我们针对一系列物理参数运行该模型。结果H_2O_2的丰度在~ 6E_5年时可以得到最好的再现，这与ρ OphA的动力学年龄接近。其他物种，如H2 CO，CH 3OH和O2的丰度也可以合理地再现在这个时候。在早期，H2 O2的气相丰度可以远高于当前检测值。我们预测O2 H的气相丰度与H2 O2的数量级相同，而ρ Oph A中气相水的丰度为1 E-8。还讨论了其他一些感兴趣的物种。结论.我们证明，H2 O2可以产生的尘埃颗粒和释放到气相中通过非热解吸通过表面放热反应。颗粒上的H2 O2分子是水形成的重要中间体。对于一系列物理条件，H2 O2在气相中过量产生的事实表明，其在当前气相网络中的破坏通道可能是不完整的。
2011-11-28 astro-ph.GA physics.chem-ph
Extent of hydrogen coverage of Si(001) under chemical vapor deposition conditions from ab initio approaches
用色散修正的密度泛函理论研究了氢气存在下Si（001）c（4 × 2）表面的氢覆盖程度。电子能量的贡献很好地描述了使用混合功能。用超原胞方法计算声子谱，研究了热力学平衡时覆盖度随温度的变化。作为这些要求苛刻的计算近似，插值声子的方法被发现，以提供可比的精度。更简单的从头算热力学方法是不够准确的系统研究，即使考虑表面振动的爱因斯坦模型的校正。从完全氢化的表面的H2解吸的开始被预测发生在750 K左右的温度。氢覆盖率的强烈变化被发现在1000和1200 K之间的良好协议与以前的反射各向异性光谱实验。这些发现允许在典型的金属有机气相外延条件下的Si（001）上的化学反应的计算处理中的表面状态的合理选择。
2016-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A reduced-temperature process for preparing atomically clean Si(100) and SiGe(100) surfaces with vapor HF
本文提出利用气相HF清洗在600°C（Si）和580°C（SiGe）低温下制备原子级清洁有序表面，并验证其可用于STM氢脱附光刻，为APAM与硅代工集成提供新路径。
2025-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Morphology of Ti on Monolayer Nanocrystalline Graphene and its Unexpectedly Low Hydrogen Adsorption
石墨烯上的氢吸附可以通过用Ti官能化来增加。这需要在石墨烯上分散尽可能小且致密的Ti岛，以增加每个Ti原子的氢吸附位点的数量。在这份报告中，我们研究了纳米晶石墨烯和它的氢吸附的扫描隧道显微镜和热脱附光谱的Ti的形态，并与单晶石墨烯的等效测量结果进行比较。纳米晶石墨烯由小于5nm尺寸的极小晶粒组成。与单晶石墨烯相比，Ti原子优先吸附在纳米晶石墨烯的晶界处，并形成更小且更致密的岛。然而，令人惊讶的是，氢对纳米晶石墨烯上的Ti的吸附比对单晶石墨烯上的Ti的吸附少。特别地，氢几乎不化学吸附到纳米晶石墨烯上的1 ML的Ti。这可能归因于Ti与沿着纳米晶石墨烯中的晶界定位的缺陷之间的强键合。这种机制也可能适用于其他金属，因此我们的研究结果表明，当通过金属原子将石墨烯功能化用于储氢或其他化学反应时，重要的是不仅要考虑所得表面的形态，还要考虑石墨烯对金属电子状态的影响。
2020-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
