Synthesis and structure of carbon doped H3S compounds at high pressure
最近报道的C-S-H化合物在267 GPa下的推定接近室温的超导性的理解需要可重复的合成方案以及其结构和组成的知识。我们在高压下由元素C和甲烷CH 4、硫S和分子氢H2合成了具有各种碳组成的C-S-H化合物。在这里,我们专注于使用甲烷合成的化合物,因为这些化合物可以通过结合单晶X射线衍射(XRD)和拉曼光谱直接确定其结构和组成。我们应用两阶段合成((CH_4)_x(H_2S)_(1-x))_2 H_2化合物,首先使硫和混合甲烷-氢流体反应并在0.5- 3GPa下形成CH_4掺杂的H_2S晶体,然后通过生长所需富氢化合物的单晶。应用于这种材料的拉曼光谱显示存在的CH 4分子纳入晶格,并允许确定CH 4含量,而单晶X射线衍射结果表明,甲烷分子取代H2S分子。这些化合物的结构行为是非常相似的,以前研究的甲烷自由化合物,证明过渡从Al 2Cu型I4/mcm结构的调制结构在20-30 GPa,并返回到相同的基本结构,在一个扩展的修改大大修改拉曼光谱。后一个相在132-159 GPa时表现出变形为Pnma结构,然后在更高压力下转变为常见的Im-3 m H3 S相,然而,在220 GPa附近没有检测到结构异常,其中Tc急剧上升。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Phases of Neon, Xenon, and Methane adsorbed on nanotube bundles
我们探讨了碳纳米管束外表面吸附氖、氙和甲烷薄膜的行为。所使用的方法是经典的:一个基态计算,通过大势能最小化,和巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟方法。我们的结果是相似的,最近发现在GCMC研究Ar和Kr。在低化学势(压力)下,颗粒在由两个相邻管形成的凹槽内形成准一维相。在较高的化学势下,会出现平行于凹槽排列的“三条”相(氙除外)。随后是单层和双层阶段。低温单层相是条纹状的;每个纳米管的条纹数是吸附原子尺寸的量化函数。在氖的情况下,双层体系还包括第二层凹槽相。我们的结果进行了比较,最近的热和衍射实验。我们没有发现最近报道的锯齿形阶段的证据。
2001-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ab Initio Simulations of Hot, Dense Methane During Shock Experiments
利用密度泛函理论分子动力学模拟,我们预测冲击冲击Hugoniot曲线的预压甲烷高达75000 K的初始密度范围从0.35到0.70 g/cc。在4000 K时,我们观察到转化成由长烃链组成的金属聚合状态。当样品淬火到300 K时,这些链持续存在,导致冲击压缩增加。在6000 K时,样品转化为由许多短寿命化学物质组成的等离子体。最后,我们讨论了天王星和海王星的内部的影响,并分析了在高压实验中创造一个超离子态的甲烷的可能性。
2012-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Insights into C$-$H Bond Activation of Methane by Transition Metal Clusters: The Role of Anharmonic Effects
针对甲烷活化的材料设计,我们研究了温度($T$),压力($p$)依赖的组成,结构和稳定性的金属氧化物簇在反应性气氛中使用的原型模型催化剂具有广泛的应用:自由过渡金属(Ni)簇在氧气和甲烷的组合气氛。一个强大的方法的方法,表明传统的谐波近似惨败这类材料和捕获非谐波效应的振动自由能的贡献是必不可少的。为了在振动自由能中考虑非谐性,我们采用混合密度泛函理论和{ \em ab initio}分子动力学模拟输入,通过热力学积分方法计算了团簇的过剩自由能.我们发现非谐效应对检测C $-$ H键的活化有显著的影响,而谐波红外光谱由于对振动模式的错误预测而完全失效。
2020-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Abnormal behavior of crystalline methane in temperature interval $60-70~K$. From experiment to theory
本文分析了在平衡蒸气压下,固体甲烷在$0.5T_{tr} -T_{tr}$($T_{tr}$为三相点温度)温度区间内的力学、结构、热物理和光谱性质。结果表明,在文献正文中观察到了60- 70 ~K温度范围内所研究的性质的异常现象。提出了“topons”(固体甲烷中转动自由度的集体激发)的概念。所有观察到的异常现象都可以在这个概念的框架内得到解释。关键词:固态甲烷,量子晶体,转动自由度,晶体的热物理和力学性质
2014-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Grand Canonical Monte Carlo Simulations of Hydrogen and Methane Storage Capacities of Two Novel Al-nia MOFs at Room Temperature
本研究通过GCMC模拟评估两种新型Al-nia MOFs在室温及中等压力下的储氢和储甲烷能力,发现其性能优于或相当于经典及Al基MOFs,有望满足DOE储存目标。
2024-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Quantum molecular dynamics simulations for the nonmetal-metal transition in shocked methane
我们已经进行了量子分子动力学模拟冲击压缩下的甲烷高达80 GPa。我们获得了良好的协议与现有的实验数据的主要Hugoniot,来自状态方程。系统地研究了电导率谱、单粒子态密度和Hugoniot点处超原胞上的电荷分布,结果表明,冲击态甲烷向金属态的转变发生在甲烷解离成氢分子和长链烷烃的密度附近.通过对关联函数的分析,预测了甲烷冲击后的化学图像。在通常的假设用于高压建模的甲烷,我们发现,没有钻石状的配置发生在整个密度-温度范围内的研究。
2011-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.plasm-ph
Novel single phase vanadium dioxide nanostructured films for methane sensing near room temperature
首次报道了新型二氧化钒(VO_2)纳米结构薄膜的甲烷(CH_4)气敏特性。采用脉冲直流磁控溅射V靶,然后在550 ° C氧气气氛中氧化的方法制备了单相纳米结构。通过控制氧分压,得到了具有金红石单斜对称性和棒状纳米结构的VO_2。这些纳米结构的膜在60-70 ° C的温度范围内表现出可逆的半导体到金属的转变。在25 ~ 200 ℃的温度范围内,对CH_4气体进行了气敏实验。这些实验表明,在半导体状态下,薄膜在低至50 ° C的温度下响应非常好。
2015-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Hydrocarbons under pressure: phase diagrams and surprising new compounds in the C-H system
由于C-H体系在有机化学、生物化学、石油化学和行星化学中的重要作用,了解其高压行为具有重要意义。我们用演化结构预测和从头计算相结合的方法对C-H体系的压力-组成相图进行了系统的研究,发现只有饱和烃是热力学稳定的。预测了几种稳定的甲烷-氢共晶体:实验上得到的2CH_4·H_2空间群为I_4/m,在0 K时的稳定性范围为2-90 GPa,以及两种新的热力学稳定的化合物2CH_4·7·H_2(P-3 m_1空间群)和CH_4·9·H_2(Cm空间群)作为潜在的储能材料。预测甲烷的P21/c相在< 8 GPa的压力下是稳定的;本体石墨烷(CH)在P-3 m和Cmca相中分别显示出在7-18和18-50 GPa和0 K下是热力学稳定的;聚乙烯显示出具有窄的稳定范围。本文报道了C-H体系的p-T-x相图和CH_4的p-T相图。
2020-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Structure and vibrational properties of methane up to 71 GPa
单晶同步辐射X射线衍射,拉曼光谱,和第一性原理计算已被用来确定分子甲烷的高压(HP)相的结构高于20 GPa高达71 GPa。HP相的结构是三方R3,其可以表示为立方相B的畸变,先前在7-15 GPa下记录并在此确认。通过第一性原理计算得到了HP相中氢原子的19个位置。分子占据四个不同的晶体学网站在B相和11个网站在HP相,这导致分裂的拉曼光谱中检测到的分子拉伸模式,并分配在这里基于22一个很好的协议从第一原理计算的拉曼光谱。
2021-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A Dataset of Equilibrium State Configurations of Adsorption in Zeolites
Eindhoven University of Technology(埃因霍温理工大学)
该研究提出AdsZeo坐标解析数据集,包含191种沸石拓扑的甲烷吸附构型数据,可用于吸附分析及相关机器学习模型构建。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci
H4-Alkanes: A new class of hydrogen storage material?
甲烷基材料(H $_2$)$_4$ CH $_4$,简称H4 M,本质上是甲烷分子与4个物理吸附的H $_2$分子。虽然H4 M在形成分子固体时具有特别高的储氢密度,但不幸的是,这种固体仅在不切实际的高压和/或低温下稳定。为了克服这一限制,我们通过模拟表明,较长的烷烃(甲烷是最短的烷烃)也形成稳定的结构,每个碳原子仍然物理吸附4 H $_2$分子;我们称这些结构为H4-烷烃。我们进一步表明,通过分子动力学模拟,从H4-烷烃形成的分子固体的稳定性领域的增加显着的链长相比,H4 M,就像它的规则烷烃。从我们对长度为1、4、10和20的H4-烷烃的模拟中,我们看到,例如对于20-碳,稳定性场在较高压力下加倍。虽然更长的链仅显示出微不足道的改进,但我们讨论了更多稳定H4-烷烃的各种其他选择。我们的原理验证结果为表明H4-烷烃可以成为可行的贮氢材料奠定了基础。
2017-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Sequential Design of Adsorption Simulations in Metal-Organic Frameworks
金属有机框架(MOFs)的大量可能结构及其无限的潜在应用促使分子建模者和研究人员开发有效评估MOFs性能的方法和模型。其中一些技术包括大规模高通量分子模拟和机器学习模型。尽管取得了这些进展,但可能使用的材料数量和潜在条件仍然对需要大量数据集的模型开发构成了巨大挑战。因此,显然需要一种算法,可以有效地探索空间,同时平衡模拟的数量与预测精度。在这里,我们介绍了如何主动学习可以顺序选择模拟条件的气体吸附,最终导致准确的吸附预测与数量级较少的模拟。我们模型吸附纯组分甲烷和二氧化碳在Cu-BTC。我们采用高斯过程回归(GPR),并使用由此产生的不确定性的预测,以指导下一个采样点的分子模拟。我们概述了该程序,并演示了该模型可以模拟吸附等温线在300 K从$10^{-6}$到300巴(甲烷)/100巴(二氧化碳)。我们还展示了这个程序如何可以用于预测吸附的温度-压力相空间的温度范围为100至300 K,和压力范围为$10^{-6}$至300巴(甲烷)/100巴(二氧化碳)
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci
The Behavior of Flexible MIL-53(Al) upon CH4 and CO2 Adsorption
渗透热力学模型的使用,结合一系列的甲烷和二氧化碳气体吸附实验在不同的温度下,允许脱落一些新的光的迷人的相行为的灵活MIL-53(铝)金属有机框架。一个通用的温度加载相图已经推导出,它表明,呼吸效应在MIL-53是一个非常普遍的现象,这应该是在有限的温度范围内观察到的,无论客体分子。此外,先前提出的MIL-53的结构转变的应力模型被证明是可转移的氙甲烷吸附。应力模型还提供了一个理论框架,了解LP/NP相混合物的存在,在接近呼吸过渡压力的压力,而不必调用多孔样品中的吸附物的不均匀分布。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Negative Thermal Expansion in Solid Deuteromethane
本文计算了固态CD $_4$ III在低温区的恒压热膨胀,在该低温区,只有转动隧穿模是必不可少的,声子和librons的影响可以忽略。发现在mK区存在一个负热膨胀巨峰。该峰的高度与固体N-$_2$、CO、O-$_2$或CH $_4$在其三相点的热膨胀相当或甚至超过其热膨胀。它表明,在轻甲烷的情况下,压力的影响是非常不寻常的:从热力学Grüneisen参数(这是负的,在绝对值大)的压力依赖性证明,固体CD $_4$变得越来越量子与压力上升。
2020-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Structure and composition of C-S-H compounds up to 143 GPa
在4GPa压力下,由氢气中的碳硫混合物和甲烷-氢气混合流体中的硫合成了两种C-S-H化合物。X射线同步辐射单晶衍射和拉曼光谱已被应用到这些样品高达58和143 GPa,分别。这两个样品显示出类似的Al 2Cu型I4/mcm基本对称性,而氢子系统通过各种有序的分子和扩展的修改随压力而演变。含甲烷样品在143 GPa下激光加热至1400 K后,对称性降低至正交Pnma结构。结果表明,超导C-S-H化合物的结构不同于普通的Im-3 m H3 S。
2020-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A theoretical study of the hydrogen-storage potential of (H_2)_4CH_4 in metal organic framework materials and carbon nanotubes
甲烷-氢化合物(H_2)_4CH_4--或简称H4 M--是最有前途的贮氢材料之一。这种范德华化合物的分子氢含量非常丰富:33.3质量%,不包括CH_4中结合的氢;包括它,我们甚至达到50.2质量%。不幸的是,H4 M在环境压力和温度下不稳定,需要低温或高压。在本文中,我们调查的性质和结构的分子和晶体形式的H4 M,使用从头计算方法的基础上的范德瓦尔斯密度泛函(vdW-DF)。我们进一步研究了通过外部试剂(如金属有机框架(MOF)材料和碳纳米管)产生稳定H4 M所需压力的可能性,结果非常令人鼓舞。特别是,我们发现某些MOFs可以在它们的空腔中为H4 M产生相当大的压力,但不足以在室温下稳定它,适度的冷却仍然是必要的。另一方面,我们发现所有研究的碳纳米管都可以产生H4 M在室温下稳定所需的高压,这对新的和令人兴奋的储氢应用有直接的影响。
2012-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of Diamond Nucleation on Titanium Substrate under Very Low Pressure
采用热灯丝化学气相沉积技术,研究了低压下金刚石在钛基体上的形核及其机理。在1 ℃下获得了非常高的成核速率和密度(10^8-10^{10} cm^{-2}),比常规低压(几十℃)下的对应物(10^7 cm^{-2})高1-3个数量级。研究了在极低压力下衬底温度和CH_4浓度对成核密度的影响,发现衬底温度过高,成核密度较低; CH_4浓度越高,成核密度越高,成核速率越大。详细讨论了成核机理。虽然大量的原子氢产生成核位点,但在与碳化物的快速形成竞争中,在衬底表面上/附近的碳和/或烃类物质的充分过饱和是成核的关键因素。非常低的压力导致长的平均自由程和其他有益的效果,因此,对于快速,高密度成核是至关重要的。底物温度和CH_4浓度对反应也有重要影响。这进一步说明C_2H_x(x<6)和CH_4也有助于成核,但在很低的压力下CH_{1-3}起主导作用。极低压法似乎是使金刚石沉积在钛膜上适用的唯一候选方法。它还揭示了如何提高钻石的生长速度。
1997-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of a low-density filled-ice phase in nitrogen hydrate at high pressure
本研究结合中子衍射等技术绘制了高达16 GPa的氮水合物高压相图,发现了一种密度低于冰VII约30%的新型正交填充冰相NH-V,完善了对极端条件下氮水合物行为的理解。
2025-08-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other