Hydrogen dissociation on metal surfaces - a model system for reactions on surfaces
表面反应在许多技术应用中起着重要作用。由于这些过程通常相当复杂，人们试图通过研究更简单的系统来理解这些复杂反应的单个步骤。特别是表面上的氢解离充当这样的模型系统。近年来，基于从头算总能量计算的势能面上的高维动力学模拟在表面反应的理论描述方面取得了很大进展。在这篇简短的综述中，我将集中在清洁和硫覆盖的Pd（100）表面上的氢解离。这些计算确立了转向效应等动力学概念的重要性。电子结构计算还允许确定确定特定表面的反应性的因素。这将通过Pd（100）表面上的硫吸附来证明氢解离的中毒。此外，量子效应的动力学可以通过比较的结果，在相同的势能面的经典与量子动力学计算进行评估。
1998-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen dissociation on the Mg(0001) surface from quantum Monte Carlo calculations
我们用扩散蒙特卡罗（DMC）模拟方法计算了H $_2$在Mg（0001）表面解离的能垒。计算采用赝势和系统可改进的B样条基组来扩展用于构建试验波函数的单粒子轨道。对系统尺寸、时间步长和其他误差源进行的广泛测试表明，所有这些误差加在一起可以减少到$\sim 0.03$ eV。DMC解离势垒计算为$1.18 \pm 0.03$ eV，并与使用各种交换相关泛函的密度泛函理论获得的那些进行比较，其值在0.44和1.07 eV之间。
2008-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Dissociation of high-pressure solid molecular hydrogen: Quantum Monte Carlo and anharmonic vibrational study
本文对高压下固体氢的分子-原子跃迁进行了理论研究。我们使用扩散量子蒙特卡罗方法计算竞争相的静态晶格能和基于密度泛函理论的振动自洽场方法计算非谐振动性质。我们发现一个小的，但显着的贡献，从非谐振动能量。在374 GPa下发现了从分子Cmca-12直接到原子I4_1/amd相的转变。振动的贡献降低了91 GPa的转变压力。离解压力对同位素组成不太敏感。我们的结果表明，量子熔化发生在有限的温度。
2014-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Monte Carlo calculation of the bridge reaction barrier to hydrogen dissociation on Pt(111)
与可靠的实验相比，新的第一性原理方法对金属表面反应路径上关键点的衡量标准是化学准确性。这意味着活化势垒的值需要在1 kcal/mol以内。量子蒙特卡罗（QMC）是一种很有前途的（尽管很长）第一性原理方法，我们现在已经超越了这些系统的QMC基准的曙光，因为在两项改进的QMC研究中，Cu（111）上的氢解离已经被研究得相当准确Hoggan ArXiv 2015，K. Doblhoff-Deir等人JCTC（2017）。铂和铜需要使用的赝势在这些计算中，我们表明，那些铂的问题比那些铜，特别是QMC工作。在这封信中，我们确定的活化势垒的氢解离Pt（111）使用桥接几何。发现这比最近的特定反应参数（SRP-DFT）工作的化学准确度更好，其本身在测量的化学准确度范围内（Kroes et al Cplett 2017）。结果表明，氢在Pt（111）上的解离势垒接近5.4（QMC）和6.2（SRP-DFT）kcal/mol，QMC标准误差为1.08 kcal/mol。这对于在Pt（111）上建立不太知名的工业反应势垒基准值是令人鼓舞的。
2017-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Selective Hydrogen Molecule Dissociation on Ca2N Monolayer
该研究通过DFT和AIMD模拟发现Ca2N单层上原子氢优先吸附于Ca中心空位，而分子氢仅吸附于桥位，且B位点的H2解离抑制后续吸附，表明Ca2N可作为受控氢解离的催化剂。
2025-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic enhancement of molecular hydrogen dissociation on metallic magnesium nanoclusters
光驱动等离子体增强金属催化剂上的化学反应是实现高选择性和高效化学转化的有前途的策略。等离子体激元催化剂材料的研究传统上集中在后过渡金属如Au、Ag和Cu上。近年来，人们对一组地球上丰富的元素如Mg的等离子体特性越来越感兴趣，这些元素表现出有趣的氢化化学，在储氢方面具有潜在的应用。本工作采用含时密度泛函紧束缚和密度泛函理论计算方法研究了一组含2057个原子的金属镁纳米团簇的光学、电子和催化性质。我们的研究结果表明，镁纳米团簇能够产生高能量的热电子的能量高达4 eV。通过电子结构分析，我们发现这些超热电子与物理吸附的氢分子的电子态在能量上是一致的，超热电子占据氢分子的电子态可以促进氢的解离反应。我们还发现，逆反应，金属镁上的析氢，可以潜在地促进热电子，但遵循不同的机制。因此，从理论的角度来看，镁纳米团簇显示出非常有前途的行为，其用于光促进储存和释放氢。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Tip-Induced $β$-Hydrogen Dissociation in an Alkyl Group Bound on Si(001)
用扫描隧道显微镜研究了Si（001）表面吸附乙基的原子尺度化学修饰。在样品偏压> +1.5V下的调谐导致尖端诱导的共价结合乙基构型的$β$ -氢的C-H裂解。该反应的特征在于形成额外的Si-H和Si-C键。在300 K时，反应几率与隧穿电流呈线性关系;在50 K时，反应受到很大程度的抑制。因此，在室温下观察到的尖端诱导的表面反应归因于与热活化相结合的单电子激发。
2021-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Multi-particle Auger dissociation of excitons in shallow doped carbon nanotubes
用H $_2$ O $_2$在小直径单壁碳纳米管中进行浅空穴掺杂，结果表明在不影响基态吸收光谱的情况下，引起离域激发态猝灭.为了解释这个过程，我们预测激子被浅能级电子杂质解离会发生多粒子俄歇衰变。这种机制依赖于电子态的手性，导致激子以非常高的效率衰减成电子-空穴对。
2011-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
s-d Electronic interactions induced H2 dissociation on the γ-U(100) surface and influences of niobium doping
用密度泛函理论方法系统地研究了氢分子在γ-U（100）面上的解离.通过势能面计算，发现氢分子在清洁的γ-U（100）表面上可以无势垒解离。经过仔细的电子学分析，发现氢和铀的d电子态之间的电荷转移导致了解离，这与氢分子在其它锕系金属表面上的解离有很大不同。考虑到3d过渡金属原子的掺杂可以稳定U的α相，我们还研究了Nb掺杂对氢解离过程的影响。我们发现Nb的3d电子态也参与了与H的s电子态的杂化，导致了H分子在掺杂U表面也发生了解离，没有任何能垒。此外，自由电子能量降低更快地接近掺杂的U表面的氢分子。
2011-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydrogen adsorption on boron doped graphene: an {\it ab initio} study
用{ \it ab initio}方法研究了硼掺杂石墨烯片的电子和结构性质，以及氢原子在硼掺杂石墨烯片上的化学吸附过程.
2007-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-doped cubic diamond and the crystal structure of n-diamond
为了理解n型金刚石的晶体结构，采用第一性原理计算研究了掺氢金刚石模型。特别是，氢浓度依赖的弹性常数和晶格参数的掺氢金刚石进行了分析。我们的结果表明，当氢浓度小于19原子%时，H掺杂金刚石机械稳定。当氢浓度为约4原子%时，优化后的掺氢金刚石的晶格参数、模拟XRD图谱和电子性质与相应的n型金刚石的实验值吻合较好。结果表明，n型金刚石很可能是掺氢金刚石。
2011-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Can Cu(II) ions be doped into the crystal structure of potassium hydrogen tartrate?
酒石酸氢钾配体（HC_4H_4O_6）的不同结合偏好--即对钾离子的μ_7-八齿模式和对铜离子的双齿模式--排除了任何Cu（II）离子掺杂（掺入）到酒石酸氢钾晶体结构中。因此，Mathivanan和Haris在Indian J Pure App Phys 51（2013）851-859中提出的生长铜掺杂酒石酸氢钾即K0.96Cu0.04C4H5O6的主张是站不住脚的。
2015-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and stability of hydrogen defects in diamond and boron doped diamond: A density functional theory study
采用密度泛函理论计算方法研究了金刚石基体中孤立氢和氢对。本文研究了纯金刚石和掺硼金刚石中孤立和成对氢缺陷在不同可能晶格位置上的电子结构和稳定性。计算表明，孤立的氢缺陷在纯金刚石的键心位置和硼掺杂金刚石的键心褶皱位置是稳定的。在氢对的情况下，H2缺陷（一个氢在键中心，第二个在反键位置）对于纯金刚石是稳定的，而对于硼掺杂金刚石B-H2 BC复合物（一个H原子在B-C键中心的褶皱位置，另一个在B原子的C-C键第一邻居的褶皱位置）是最稳定的。还研究了掺硼金刚石中的多个氢捕获位置。计算结果进行了讨论，并与以前报道的理论结果进行了详细的比较。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Nuclear Quantum Effects and Nonlocal Exchange-Correlation Functionals Applied to Liquid Hydrogen at High Pressure
利用第一性原理分子动力学方法，研究了液氢分子离解附近的核量子效应（NQE）和非局域交换关联密度泛函（DF）的影响。NQE强烈影响分子内性质，如键的稳定性，因此是解离过程的重要组成部分。此外，通过包括占自相互作用误差或色散相互作用的DF，我们发现分子解离和金属化的更好的描述比以前的研究基于经典质子和/或本地或半本地DF。我们获得了良好的协议与实验测量的光学性质沿预压缩Hugoniots，虽然我们仍然发现一阶液体-液体在低温下的转变，过渡压力增加了超过100 GPa。
2013-03-26 cond-mat.mtrl-sci
The electric field as a novel switch for uptake/release of hydrogen storage in nitrogen doped graphene
氮掺杂石墨烯最近被合成，并且据报道是在垂直施加的电场（F）下用于氢解离吸附的催化剂。本文利用密度泛函理论研究了在垂直电场存在和不存在的情况下，H原子在N掺杂石墨烯上的扩散.我们证明，外加电场可以显着促进氮掺杂石墨烯上的氢分子的结合，通过解离吸附和表面上的扩散。通过去除外加场，可以有效地释放被吸收的H原子。我们的理论计算表明，N掺杂石墨烯是一种很有前途的储氢材料，具有可逆的氢吸附/脱附，其中施加的电场可以作为摄取/释放过程的开关。
2011-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of electron beam induced migration of hydrogen in Mg-doped GaN using Eu as a probe
我们证明了使用氢诱导的变化，在镁掺杂的p型GAN的等电Eu离子的发射，作为一个强大的探针，研究电子束照射下的氢运动的动力学。我们确定，实验上，一个两步的过程中的Mg-H络合物的解离，并提出，基于密度泛函理论，少数载流子的存在和由此产生的电荷状态的氢驱动这个过程。
2013-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption and dissociation of hydrogen molecules on bare and functionalized carbon nanotubes
采用第一性原理平面波方法研究了氢分子与裸单壁碳纳米管以及功能化单壁碳纳米管之间的相互作用。我们发现，H $_{2}$物理吸附在裸单壁碳纳米管上的结合能是非常弱的，并不能通过增加表面的曲率通过径向变形，也不能通过Li原子的共吸附，使半导体管金属化。虽然在直接吸附到Li原子上时键合得到加强，但其性质仍然是物理吸附。然而，当单壁碳纳米管通过吸附Pt原子而功能化时，成键特性发生了显著变化。单H $_{2}$以解离或分子形式与Pt原子发生化学吸附。如果通过将Pt从桥位置换到特定位置或通过增加吸附的H $_{2}$的数量来削弱Pt-SWNT键，则有利于H $_{2}$的解离吸附。例如，在两个吸附的H $_{2}$中，第一个可以解离吸附，第二个可以化学吸附。第三种吸附态H $_{2}$的成键性质为弱物理吸附。钯还促进具有相对较小结合能的H $_{2}$的化学吸附。本研究结果揭示了过渡金属原子吸附在单壁碳纳米管上的重要作用，并推进了我们对氢的分子吸附和解离吸附的理解，以实现有效的储氢。
2005-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Attracting shallow donors: Hydrogen passivation in (Al,Ga,In)-doped ZnO
ZnO中的氢间隙和Al_Zn、Ga_Zn、In_Zn的替位都是浅施主，导致ZnO的n型导电。虽然浅施主预计相互排斥，我们表明，通过第一性原理计算，在ZnO这些浅施主杂质吸引，形成一个复杂的，导致施主能级深的带隙。这限制了在氢存在下掺杂（Al，Ga，In）的ZnO的n型导电性。
2012-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Al doped graphene: A promising material for hydrogen storage at room temperature
采用密度泛函理论计算，从理论上提出了一种很有前途的室温储氢材料--Al掺杂石墨烯。在T = 300 K和P = 0.1 Gpa下预测储氢容量为5.13 wt%，吸附能Eb = -0.260 eV/H2。这接近于6wt%的目标，并且满足美国能源部规定的用于商业应用的在环境温度和适度压力下具有-0.2 ~-0.4eV/H2的Eb的固定氢的要求。据信，掺杂的Al改变了C和H2的电子结构。H_2与Al和C的带同步重叠是储氢量提高的根本机制。
2009-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Hydrogen Storage in Gold-doped Carbon Nanotubes: A first-principles study
吸附剂材料是推进储氢技术的一种有前途的替代品。一般的缺点是相对弱的固-气相互作用和吸附能，提供低的重量和体积容量和极端的操作条件。在这里，我们提出了Au掺杂的碳纳米管（CNT）作为一个有效的替代可逆的氢捕获在高温下。本工作利用密度泛函理论研究了几种修饰碳纳米管的性质。我们分析了均匀的Au掺杂的碳纳米管的结合能和形成能，并评估其吸附能力。利用偏态密度和电荷转移分析对纳米结构的储氢机制进行了深入的研究，结果表明直径的增加对结果有积极的影响。我们的研究结果表明，修饰后的结构能够捕获每个金原子6至9个氢分子，达到154至330 g/l的体积容量，超过了DOE的目标。此外，计算的脱附温度表明Au掺杂的CNT的高性能，获得高于200 K的氢捕获-释放工作条件。
2022-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Monte Carlo activation barrier for hydrogen dissociation on copper to unprecedented accuracy
许多化学反应都涉及键的离解。对于在固体表面的反应也是如此，其中解离步骤通常是限制性的，但与气相反应通道相比是促进性的。这项工作考虑氢的离解。可靠的分子束结果可用于此反应在某些铜表面。模拟了铜的多相催化作用。在我们以前的工作中，我们研究了它，因为它在许多方面都是一种原型金属，在这里呈现出紧密堆积的表面。这些氢分子被吸附在Cu（111）上，通过平面波密度泛函理论（DFT）计算，给出了伸展和远距离平衡H $_2$解离反应路径上的固定几何构型.在这些键长的PBE波函数作为试验输入的量子蒙特卡罗（QMC）模拟的基态，以获得高度准确的相关结果，相关的活化势垒，表明这种解离的催化作用。这种相关性随着键的解离而变化，需要对其进行准确的评估。有限尺寸效应和固定节点误差可能限制这种类型的QMC研究的准确性。我们能够限制固定节点的错误，使用某些试验波函数。有限尺寸效应是相当大的，虽然比较两个吸附的几何形状取消约90%，相对于清洁的表面。用来表示铜原子核的赝势也必须仔细确定：我们留下11个活性电子，但在赝势中包括3d壳层。
2015-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Unexpectedly high pressure for molecular dissociation in liquid hydrogen by a reliable electronic simulation
氢的高压相图的研究已经持续了大约一个世纪，因为它仍然是实验和理论技术的基本挑战。本文采用了一种基于量子Monte Carlo方法的有效的分子动力学，它能精确地描述电子关联，并能处理大量的氢原子，从而能真实可靠地预测热力学性质。我们发现，分子液相是出乎意料的稳定和过渡到一个完整的原子液相发生在更高的压力比以前认为的。因此，低温雾化的老问题离实验还很远。
2014-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First principle investigation of hydrogen behavior in M doped Cu$_2$O (M $=$ Na, Li and Ti)
研究了不同掺杂（Na、Li和Ti）对Cu $_2$ O的电子、磁性和光学性质的影响。电子性质计算表明，氢使Cu $_2$ O的导电性由p型转变为n型。结果表明，在Cu $_2$ O体系中，间隙氢原子更倾向于位于四面体位置，并使后者的带隙值降低。Na或Li掺杂的Cu $_2$ O保持了Cu $_2$ O的p型导电性，而氢是Na或Li掺杂的Cu $_2$ O系统中的n型导电性的来源。Ti掺杂使Cu $_2$ O的带隙值增大，使其成为n型半导体。氢增加了M掺杂Cu $_2$ O的光学透过率。
2019-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Rotation of hydrogen molecules during the dissociative adsorption on the Mg(0001) surface: A first-principles study
利用第一性原理计算，系统地研究了氢分子在Mg（0001）表面的势能面和解离过程.结果表明，在最小能垒的解离吸附过程中，氢分子首先垂直于表面取向，然后旋转到与表面平行。同时发现氢分子在过渡态的取向既不垂直于表面也不平行于表面。最重要的是，我们发现，旋转导致氢分子的计算解离能垒的减少。本文还讨论了氢分子转动的电子学原因。
2011-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Dissociation of H2 molecule on the β-Ga2O3 (100)B surface: The critical role of oxygen vacancy
本文系统地研究了H_2分子在β-Ga_2O_3（100）B表面上的解离，并考虑了表面氧空位的影响。在引入表面氧空位后，最近的最顶端O（I）原子变得非常活跃，并且氢分子变得更容易解离。
2011-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of high pressure liquid hydrogen across molecular dissociation
用从头算方法计算了压缩氢在金属化和离解区域的光学性质，并与最近的实验结果进行了比较。我们确认，在3000 K以上，这两个过程是连续的，而低于1500 K的一级相变是伴随着一个不连续的DC电导率和热导率，而反射率和吸收系数变化迅速，但连续。我们的研究结果支持最近对NIF实验的分析（P. Celliers等人，Science 361，677-682（2018）），该实验将金属化的开始归因于反射率约为0.3的压力。我们的结果还支持这样的结论：在高于1500 K的温度下，激光加热DAC实验中观察到的温度平台对应于光吸收的开始，而不是相变。
2018-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
New Phases and Dissociation-Recombination of Hydrogen Deuteride to 3.4 Megabar
我们在金刚石对顶砧室中研究了固体氘化氢在压力高达3.4兆巴，温度在5 - 295 K范围内的红外吸收。在198 GPa以上，样品转变为HD，H2和D2的混合物，解释为解离和重组的过程。观察到三个新的相线，其中两个显着不同的高压homestrant物种，但没有金属。分析随时间变化的光谱变化，以确定作为时间函数的分子浓度;核子交换在~200 GPa下在~20小时内达到稳态浓度。
2015-10-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.quant-gas
Hydrogen sensing characteristics of perovskite based calcium doped BiFeO3 thin films
基于过氧化氢氧化物的薄膜气体传感器一直被认为是通常研究的基于二元金属氧化物的传感器的潜在替代品。BiFeO 3是p型钙钛矿型半导体氧化物的原型，最近因其有前途的气敏特性而引起了人们的极大关注。在目前的工作中，氢传感特性的钙掺杂BiFeO 3已报道通过改变膜的厚度，掺杂浓度，工作温度，和测试气体浓度。薄膜沉积在玻璃基板上的溶胶-凝胶路线，使用旋涂。X射线衍射分析证实了相纯膜的形成，扫描电子显微镜证实了其均匀致密的微观结构。与纯BiFeO 3传感器相比，Ca掺杂BiFeO 3传感器具有更高的灵敏度。据报道，薄膜的厚度和Ca掺杂浓度起主要作用，以控制沉积膜的氢敏感特性。基于15%Ca掺杂的BiFeO 3气敏元件在500 ppm H2下具有非常高的灵敏度（~ 212%），并且在中等工作温度（~250 °C）下具有优异的氢气选择性。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Balancing Thermodynamics, Kinetics, and Reversibility in Ti-Doped MgB2H8: A First-Principles Assessment of a Practical Solid-State Hydrogen Storage Material
New Technologies Research Center, University of West Bohemia（新技研究中心，西波希米亚大学）；Department of Physics, Bacha Khan University（巴哈汗大学物理系）
研究通过首次原理计算分析Ti掺杂MgB2H8的氢存储性能，发现其在热力学、动力学和可逆性方面均有提升，为固态氢存储材料提供了新方向。
2026-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Ionization/dissociation-driven first order phase transitions: on a new class of first order phase transitions
本文通过比较等离子体化学模型与DFT第一性原理模拟，揭示温稠密氢导电相变的等离子体本质，并提出电离/解离驱动的新型一级相变概念。
2025-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Ab initio simulations of H2 in Li-doped carbon nanotube systems
由于其独特的结构，已经提出碳纳米管绳可以很好地提供用于储存分子氢的理想容器。实际上，在掺杂的Li和其它碱金属体系中存在增强的氢吸收的一些实验证据[Chen等人，Science 285，91（1999）]。因此，我们已经解决了这个问题的储氢锂掺杂的石墨和碳纳米管系统的理论与从头计算模拟。我们的研究结果没有发现证据，这种增强存储，基于诱导的结构变化。此外，我们还研究了氢进入纳米管内部的扩散障碍，在存在和不存在拓扑缺陷。即使使纳米管内部可接近，氢吸收仍然适度，即，小于3.5重量%。因此，机械或化学处理纳米管不太可能导致储氢量大幅增加。
2006-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Atom-level design strategy for hydrogen evolution reaction of transition metal dichalcogenides catalysts
本研究针对过渡金属二硫化物析氢反应催化剂，通过分析150种掺杂体系的氢吸附自由能变化根源，提出早期掺杂用电荷调控、晚期掺杂用结构调控的原子级设计策略。
2023-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Optical properties of TM-doped (8,0) SiC SWNT and the prospect of hydrogen storage
采用第一性原理密度泛函理论，在量子espresso程序中研究了过渡金属（TM）掺杂单壁（8，0）SiC纳米管的性质.所研究的性质是电子、光学和储氢前景，而用于掺杂的过渡金属是铁、锰和钴。结果表明，铁磁有序更好地描述了掺杂过程中的磁序。掺杂导致半金属性质。TM-3d和C-2 p在费米能级附近的杂化导致了半金属性的出现。此外，该管的光电特性和储氢容量也发生了变化。掺杂似乎导致光电子学应用范围的扩大，从远红外到可见光的光伏效应。此外，该管似乎显示出储氢的潜力。
2022-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Reaction paths of alane dissociation on the Si(001) surface
在我们早期研究的基础上，我们利用DFT中的轻推弹性带（NEB）方法研究了铝烷AlH $_3$在Si（001）表面分解的动力学势垒。我们发现，初始分解为AlH与两个H原子的表面上的收益没有一个显着的障碍。有几种途径可以失去最终的氢，尽管这些障碍高达1 eV。结合更具挑战性，在某些情况下，初始结构不如起始结构稳定，就像磷一样。我们确定了一个稳定的路线，铝掺入后选择性表面氢解吸（例如，STM尖端）。整个过程平行于PH $_3$，并表明原子级精确的受体掺杂应该是可能的。
2017-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen dissociation catalyzed by carbon coated nickel nanoparticles: experiment and theory
基于实验测量和第一性原理计算的结合，我们报道了一种新型的碳基催化材料，并描述了在多层石墨烯包裹的镍纳米颗粒存在下，在室温下显著加速镁的氢化。与石墨和镍纳米颗粒的混合物相比，镁氢化速率的增加证明了所探索的纳米复合材料的固有催化性能。模拟结果表明，金属衬底的掺杂和Stone-Wales缺陷的存在使多层石墨烯从化学惰性模式转变为化学活性模式。讨论了纳米粒子的尺寸和温度对纳米粒子的影响。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Influences of Al doping on the electronic structure of Mg(0001) and dissociation property of H2
采用密度泛函理论方法，系统地研究了Al原子掺杂对Mg（0001）表面电子结构和H2分子解离行为的影响.我们发现，对于Al掺杂的表面，掺杂层周围的表面弛豫从清洁的Mg（0001）表面的膨胀到收缩，由于电子的重新分布。掺杂后，功函数增大，费米能级附近的电子态主要分布在掺杂层周围。对于H2分子的解离，我们发现掺杂表面的能垒增大。特别是当第一层掺杂Al原子时，能垒增大了0.30 eV。然而，对于不同的掺杂长度，当掺杂层远离顶面时，解离能垒缓慢地降低到清洁Mg（0001）表面上的值。我们的结果很好地描述了Al掺杂后Mg（0001）表面的电子变化，揭示了Al原子掺杂提高Mg（0001）表面抗腐蚀性的一些可能机制。
2011-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
H$_2$ dissociation over Au-nanowires and the fractional conductance quantum
采用密度泛函（DFT）总能量计算和非平衡Keldish-Green函数相结合的方法，分析了拉伸Au纳米线上H $_2$分子的解离及其对纳米线电导的影响.我们的DFT模拟再现的特征形成的金单原子链的电导接近%的电导量子$G_0 = 2e^2/h$。这些拉伸的金纳米线被证明是比金表面更好的H $_2$解离催化剂。纳米线电导的证据证实了这一点：虽然实际上不受分子氢的影响，但原子氢诱导了实验观察到的分数电导（$G \sim 0.5 G_0$）的出现。
2005-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonant states and nuclear dynamics in solid-state systems: the case of silicon-hydrogen bond dissociation
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Samsung Research America（三星研究美国）
本文提出了一种非绝热方法，用于研究硅-氢键解离过程，揭示了激发态势能对键断裂的关键作用。
2025-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Small polarons and the Janus nature of $\text{TiO}_\text{2}(110)$
极化子普遍存在于许多半导体中，并与光致变色和多相催化材料的电导率和光学响应有关，但表面极化子如何影响吸附仍不清楚。在这里，通过使用密度泛函理论模拟金红石型二氧化钛的表面，我们揭示了水的吸附，解离和氢键的小表面极化子的效果。一方面，这种极化子的存在显著抑制了直接键合到极化子位点的水分子的解离。另一方面，极化子促进水在某些非极化位点的解离。此外，极化子加强氢键，这反过来又影响氢键覆盖层结构中的水解离。这项研究表明，在金红石表面的极化子有复杂的，多方面的，对水的吸附，解离和氢键的影响，突出了极化子对水的结构和动力学的重要性，在这样的表面。我们预计，这里确定的许多表面极化子的物理性质将更普遍地适用于可以容纳小极化子的表面和界面，而不是二氧化钛。
2019-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
N-doped graphitic carbon materials hybridized with transition metals (compounds) for hydrogen evolution reaction: Understanding the synergistic effect from atomistic level
氮掺杂碳材料和非贵金属过渡金属的混合纳米结构是最有前途的电催化剂之一，以取代贵金属催化剂用于可再生能源应用。然而，这种杂化材料的催化活性的基本原理仍然难以捉摸。本文系统地研究了氮掺杂石墨片覆盖的过渡金属、过渡金属氧化物和碳化物基体对析氢反应的电催化性能。我们的第一性原理计算表明，氮的掺杂和石墨片与金属（化合物）衬底通过层内和层间电荷转移形成的配位键显著激活了石墨片。这种杂化材料可以为HER催化提供最佳的结合能力，其中Tafel势垒低至1.0 eV。HER活性与C pz带中心有关，而C pz带中心又与石墨片与金属基体之间的电子耦合强度有关，从而为合理设计高性能的石墨碳/过渡金属复合电催化剂奠定了基础。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption and dissociation of H$_{2}$O monomer on ceria(111): Density functional theory calculations
采用密度泛函理论+ \emph{U}方法和\textit{ab initio}分子动力学模拟，研究了低覆盖度下H-\textit{ab initio}分子在化学计量和还原（表面氧空位）CeO 2（1111）表面的吸附性质.我们确定了这两种表面上最稳定的吸附构型，它们在水分子和氧化物表面之间形成两个氢键。电子结构表明，水分子轨道和表面层O-2 \emph{p}态的杂化主导了吸附质与底物之间的相互作用。水在化学计量表面上扩散的势垒为0.51 eV，这意味着水的惰性，除非达到600 K的高温，这是由分子动力学模拟证实的。对于还原表面，我们发现氧空位明显地增强了相互作用。此外，它有利于水解离成H和OH物质，形成羟基表面，而不是氧化还原的表面，产生氢气。此外，低温100 K下的分子动力学模拟证实了该解离过程.
2012-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Calcium-Decorated Carbon Nanotubes for High-Capacity Hydrogen Storage
使用第一性原理计算，我们进行了一个搜索的基础上，掺杂或有缺陷的碳纳米管上的单独分散的钙原子的高容量储氢介质。我们发现，多达六个H2分子可以结合到一个Ca原子，每个具有理想的结合能约0.2 eV/H2。空Ca 3d态与H2 σ态的杂化有助于H2结合，并且Ca原子优先结合到掺杂的硼和分散在碳纳米管上的缺陷位点来抑制Ca簇集。我们还表明，个别钙修饰的B掺杂的碳纳米管的浓度为~6原子。%的B掺杂可以达到~ 5wt%氢的重量容量。
2009-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Doping Effects on the Performance of Paired Metal Catalysts for the Hydrogen Evolution Reaction
分散在氮掺杂的石墨烯中的金属杂原子显示出对燃料电池反应如析氢反应（HER）的有希望的催化活性。在这里，我们探讨了掺杂剂浓度对由Co和Pt原子组成的成对金属原子活性位点的协同催化行为的影响。金属配位到N掺杂石墨烯的空位中的六个原子。我们发现HER活性随着N浓度的增加而增强，其中氢原子吸附自由能的范围为0.23至-0.42 eV，因为掺杂从单个N原子掺杂在孔中，到完全掺杂的配位位点。结果表明，N的作用是使Co原子对H的吸附更活跃，并提出了一种手段，通过该手段，过渡金属可以被改性，以使更有效和可持续的燃料电池催化剂。
2019-01-01 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of hydrogen storage over Ni and Rh doped BN sheets
用第一性原理方法研究了氢分子在镍、铑掺杂六方氮化硼（BN）片上的吸附。Ni原子最稳定的位置是氮原子的顶面，而Rh原子在六方BN片层上有一个中空的位置。第一个氢分子解离吸附在Rh原子上，并以分子形式吸附在Ni掺杂的BN片上。Ni和Rh原子都能够化学吸收多达三个氢分子，并且金属原子到BN片的距离随着氢分子数量的增加而增加。最后，我们的计算提供了解释的性质的金属原子和氢分子之间的键合，这是由于杂化的金属d轨道与氢的s轨道。这些计算结果有助于理解掺杂金属与BN片之间的相互作用以及它们与氢分子的相互作用。
2008-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Transformation of hydrogen bond network during the CO2 clathrate hydrate dissociation
本文研究了不同空穴占有率下二氧化碳CS-I水合物固-液一级相变-熔化的动力学过程。这项工作是在研究水分子局部结构的框架内完成的。其中包括在接近熔点的温度下短程有序随时间的变化以及与六方冰结构的比较。用分子动力学方法研究了体系的内能随加热时间的变化规律，发现在275-300 K范围内能的跃变表明发生了相变。氧-氧径向分布和氢-氧-氧相互取向角的研究在不超过3.2埃分离的分子之间允许找到所有分子的H-键配位数和全部H-键数，并显示所有分子的短程有序的瞬时（小于1纳秒）重组。对相邻水分子对的结构分析表明，熔融后氢键数目减少了约10-15个数量级，但所有水分子都形成了单一的长程氢键网络。氢键网络分析表明，在固液相变时氢键相互作用能变化不大。
2019-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electrical and Hydrogen Reduction Enhances Kinetics in Doped Zirconia and Ceria: II. Mapping Electrode Polarization and Vacancy Condensation in YSZ
知道晶界迁移率和氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）的氧势之间的相关性，我们已经利用晶粒尺寸作为微观结构标记映射局部氧势。在大电流密度和较厚的样品中建立了氧势突变。阴极降低的氧电位可以容易地由不良的电极动力学或在贫氧环境中触发。在高度还原氧势存在下的广泛空化表明氧空位冷凝，而不是如通常对于固体氧化物燃料/电解电池所假设的氧气泡形成。这些结果也表明电极动力学对陶瓷在大电流下烧结的显微结构和性能有直接的影响。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
A note on the metallization of compressed liquid hydrogen
我们研究了液态氢中的分子-原子跃迁，因为它与金属化有关。从第一性原理分子动力学得到对势，并与二次响应得到的对势进行比较。这些结果提供了在极端条件下共价键的性质的洞察。基于这种分析，我们构建了一个示意性的解离金属化相图，并建议实验方法，应显着降低实现难以捉摸的金属相的氢所需的压力。
2009-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Accentuating the Competency of $3d$ Transition Metal Doped $Mg_4$ Clusters towards Molecular Hydrogen Adsorption: A DFT Study
密度泛函理论$(DFT)$研究表明，$3d TM$原子掺杂到$Mg_4^{0,+} (TMMg_3^{0,+})$中可以改变分子氢在裸$Mg_4^{0,+}$上吸附的吸热性质。$H_2$在$TMMg_3^{0,+}$团簇上的吸附取决于$TM(3d)$轨道对团簇前线分子轨道的贡献。在$H_2TMMg_3^{0,+}$复合物中，$H_2$通过电子电荷与$TMMg_3^{0,+}$簇的捐赠和反馈而被吸附。在中性和阳离子$TMMg_3$簇中，$H_2$结合能分别为$NiMg_3$（-0.76 eV）和$FeMg_3^+$（-0.48 eV）的最大值。$H_2$吸附复合物的几何形状完全取决于主体簇的几何形状。$NiMg_3$和$FeMg_3^+$团簇的最低能量对称结构对于吸附多个氢分子的效率低于一些稍高能量的低对称几何异构体（$NiMg_3$的13.28 $H_2$ $wt\%$和$FeMg_3^+$的7.89 $H_2$ $wt\%$）。$TM^{0,+}$的更大的溶解性以及其较低的Mg配位数使得主体簇更适合于储氢。
2021-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen diffusion in the proton conductor Gd-doped barium cerate
采用密度泛函理论计算了质子陶瓷燃料电池电解质候选化合物Gd掺杂BaCeO3中质子缺陷的能量分布和扩散势垒.简化的弦方法已被用来准确地确定这些网站之间的最小能量路径，这可能意味着要么质子重定向，内八面体或八面体间的跳跃机制。与简单的立方钙钛矿如锡酸钡或锆酸钡相比，在这种高度扭曲的正交钙钛矿中发现了非常不同的能垒值（从0.02 eV到0.58 eV），并且没有特定的过程出现明显的速率限制。一些八面体间的跳跃（如果可能的话）被发现是更有利的比内八面体的，而重定向表现出广泛的能量障碍。
2013-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Study on the hydrogen behavior in Y and Co doped barium-zirconate
采用热脱附谱（TDS）研究了混合钙钛矿氧化物、钇钴掺杂锆酸钡（BaZr $_{0.955}$ Y $_{0.03}$ Co $_{0.015}$ O $_{3-a}$（BZYC））在D $_2$和D $_2$ O气氛中的氢释放行为.氢的释放出现在1000 K左右。氢溶解度在暴露于D $_2$ O的BZYC样品中较高。
2022-12-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
In2O3 doped with hydrogen: electronic structure and optical properties from the pseudopotential Self-Interaction Corrected Density Functional Theory and the Random Phase Approximation
讨论了类赝势自相互作用修正（pSIC）在In 2 O3缺陷能量学和电子结构研究中的适用性.我们的研究结果预测，替代（在氧位点）和间隙（在反键位置）氢，以及氧空位与电荷+1和+2，是稳定的配置的缺陷立方In 2 O 3;前者形成浅层次（仅作为替代缺陷），而后者形成深层次。用pSIC计算的能带结构与实验数据吻合得很好。特别是，无缺陷的In 2 O3的间隙为2.85 eV，这与实验范围2.3-2.9 eV相当。pSIC结果还指出了从间接间隙到直接间隙的变化，这取决于掺杂。在有关的光学性质，在无规相位近似，它示出，它们主要是由氧空位的存在下的影响。
2015-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Rational Doping Strategy of Porous Materials for Hydrogen Storage: CNTs study case
提出多孔材料理性掺杂筛选框架，并以 CNTs 为例证明 5%–6% Cu 掺杂可在近环境条件下实现可逆储氢。
2023-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Short time-to-solution Quantum Monte Carlo for catalysed hydrogen synthesis. Tools give CO hydrolysis activation barriers to 1kJ/mol on Pt(111)
Pamukkale University（帕穆克卡莱大学）；Institut Pascal, UMR 6602 CNRS（帕斯卡尔研究所，法国国家科学研究中心联合研究单位6602）
研究利用量子蒙特卡罗方法计算CO水解反应的活化能，通过单决定态工作与高阶配置相互作用波函数对比，揭示Pt(111)表面氢合成的反应机理与能垒变化。
2026-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Mg decorated Boron doped Graphene for Hydrogen Storage
基于第一性原理的密度泛函理论研究了硼掺杂镁原子修饰石墨烯的结构和电子性质。四个H2分子稳定地将镁原子与硼掺杂的石墨烯片结合。计算得到的平均结合能在-0.566 ~-0.687 eV/H2之间。复杂系统的分态密度表明，在-0.1 eV处，H2分子和Mg原子的s和d轨道有重叠，说明H2和Mg原子的s和d轨道分别有很强的杂化和结合。所研究的复杂系统的重量容量达到约8.26重量%的氢。HOMO和LUMO研究揭示了复杂系统的稳定性，DOS研究揭示了复杂系统的电子态密度。
2020-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
