Tetra-penta-deca-hexagonal-graphene (TPDH-graphene) hydrogenation patterns: dynamics and electronic structure
本研究结合DFT和反应分子动力学模拟,探讨了TPDH-graphene的氢化动力学及其对电子结构的影响,发现H原子主要结合在四边形环上并形成五边形碳条纹,使材料产生窄带隙和各向异性输运特性。
2023-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Me-graphane: tailoring the structural and electronic properties of Me-graphene by hydrogenation
石墨烯基材料是一类具有广泛应用前景的材料。在这项工作中,我们应用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算和全原子反应分子动力学(MD)模拟研究氢化在Me-石墨烯,一个非零带隙GBM组成的$sp^2$和$sp^3$ -杂化碳的结构和电子效应。我们的DFT结果表明,通过氢化,Me-石墨烯的电子性质的实质性调谐,在GGA-PBE方法中,带隙从$0.64$ eV变化到$2.81$ eV,通过金属基态和取决于氢覆盖的较窄带隙状态。结构性质和结合能的分析表明,氢化Me-石墨烯具有强而稳定的\ce{C-H}键,所有碳原子均处于$sp^3$杂化状态,形成了类似于船的有利构象。我们的分子动力学模拟表明,氢化的Me-石墨烯是温度依赖性的,和共价吸附倾向于增长的岛屿。这些模拟还表明,最有利的网站,我们的DFT计算预测,作为广泛的氢化的触发吸附。
2020-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Impact of Hydrogenation on the Stability and Mechanical Properties of Amorphous Boron Nitride
本研究通过高斯近似势模拟发现,8 at%氢掺杂可使非晶氮化硼中sp³杂化原子浓度最大化,从而提升其热稳定性与力学性能20%,为调控薄膜生长条件提供指导。
2023-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Structural, Microchemistry, and Hydrogenation Properties of TiMn0.4Fe0.2V0.4,TiMn0.1Fe0.2V0.7 and Ti0.4Zr0.6Mn0.4Fe0.2V0.4 Metal Hydrides
在这项工作中,已经根据化学计量比Ti 1-xAxFe 1-yBy(A \equiv Zr; B \equiv Mn,V)开发了TiFe基合金。研究了钛基合金的氢溶解度特性,以开发用于储氢应用的动态储氢合金。研究了这些合金的贮氢行为,评价了它们的贮氢能力和贮氢动力学。几种活化模式,包括在高温下的氢压下的活化,已被尝试为研磨粉末。为了阐明氢化前后的结构/微观结构特征和化学组成,对样品进行了X射线衍射(XRD)、EDAX -映射分析和扫描电子显微镜(SEM)。通过MATLAB编程对等温线进行了建模。在具有BCC主相的样品上获得了4.3wt%的最大重量密度。计算的反应焓(ΔH)约为4 kJ/mol。
2011-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Dynamic optical properties of metal hydrides
金属氢化物在氢化时通常显示出光学性质的显著变化。这些位移使它们成为许多可调谐光学器件的主要候选者,例如光学氢传感器和可切换反射镜。虽然这些金属中的一些,如钯,已经得到了很好的研究,但许多其他有前途的材料仅在有限的光学范围内进行了表征,并且缺乏氢负载的直接原位测量,限制了它们的潜在应用。此外,还没有系统的研究可以对这些金属进行明确的比较。在这项工作中,我们提出了这样一个系统的研究动态可调的光学性质的Pd,Mg,Zr,Ti和V在整个氢化与波长范围为250 - 1690 nm。这些测量是在环境室中进行的,该环境室将通过石英晶体微量天平的质量测量与在高达7 bar的氢气中的椭圆偏振测量相结合,使我们能够确定氢加载期间的光学特性。此外,我们证明了通过改变退火条件的钛和它的氢化物的光学性质的进一步的可调谐性,我们调查钯的氢化循环过程中发生的光学和重量滞后。最后,我们展示了几个纳米级的光学和等离子体激元结构的基础上,这些动态特性。我们显示的结构,氢化后,表现出5个数量级的反射率,>200 nm的共振位移,和> 3000%的相对传输切换的变化,这表明了广泛的应用。
2018-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Reversible hydrogenation and band gap opening of graphene and graphite surfaces probed by scanning tunneling spectroscopy
通过扫描隧道显微镜和光谱研究了氢化对石墨烯和石墨表面形貌和电子性质的影响。使用Ar/H2等离子体对表面进行化学改性。分析数千个扫描隧道光谱测量,我们确定石墨/石墨烯表面上的氢化学吸附在费米能级附近平均打开0.4 eV的能带隙。我们发现,虽然等离子体处理以不可逆的方式改变了表面形貌,但电子性质的变化可以通过适度的热退火来逆转,并且样品可以再次氢化,从而在第二次氢化后产生类似的,但略有降低的半导体行为。
2012-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Partial Hydrogenation of N-heteropentacene: Impact on molecular packing and electronic structure
本研究通过精确控制真空沉积在Cu(111)上制备BTANC单层,发现N原子部分加氢及NH-N型氢键的形成显著改变了分子堆积与电子结构,为含氮并苯类薄膜的物性调控提供了新策略。
2023-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Structure, stability and electronic properties of tricycle type graphane
我们提出了一种新的石墨烷同素异形体,命名为三轮石墨烷,在每个六方碳环上具有4up/2down UUUDUD氢化,这不同于先前提出的具有UUDUUD(船-1)和UUUUDD(船-2)氢化类型的同素异形体。用第一性原理方法系统地研究了它的稳定性和电子结构。我们发现,三轮石墨烷是一个稳定的阶段之间的先前提出的椅子和β同素异形体。它的电子性质与椅子、船、船-1、船-2和扭船同素异形体的电子性质非常相似。三环石墨烷的负吉布斯自由能为-91meV/atom,与最稳定的椅型石墨烷的负吉布斯自由能(-103meV/atom)非常接近。因此,与其他构象异构体相比,这种新的二维烃可以在石墨烯氢化过程中以相对高的概率产生。
2012-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Selective Hydrogenation Promotes Anisotropic Thermoelectric Properties of TPDH-Graphene
本研究利用DFT计算与玻尔兹曼输运理论,发现选择性氢化能显著提升TPDH-gr的塞贝克系数并使电导率呈现各向异性变化,证明氢化是改善该二维碳同素异形体热电性能的有效方法。
2024-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Reversible Basal Plane Hydrogenation of Graphene
我们报道了单层石墨烯与氢原子的化学反应,所述氢原子是通过电子诱导的氢倍半硅氧烷(HSQ)解离原位产生的。氢化,在石墨烯的基面上形成sp3 C-H官能团,单层比双层以更高的速率进行,证明了单层石墨烯的增强的化学反应性。在300 K下,单层上的净H原子粘附概率至少为0.03,这超过双层的至少15倍。化学吸附的氢原子在100~200 ℃的温度下热退火可使其脱离,并产生明显的拉曼D带。当光热加热时,所得到的脱氢石墨烯被“活化”,其可逆地结合环境氧,导致石墨烯的空穴掺杂。石墨烯的这种功能化可以用来操纵石墨烯器件的电子和电荷传输特性。
2008-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic State Control of Non-van der Waals 2D Materials by Hydrogenation
本研究利用数据挖掘与自主密度泛函理论计算,证实氢化可切换二维非范德华材料的磁态,实现磁矩翻转、增强甚至诱导铁磁性,为纳米材料磁特性调控提供了有效手段。
2023-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hydrogenation of graphene in view of odd electrons correlation
该文件提出了一个相当强的相关性的奇数电子在单重态的石墨烯的证据。由于这种相关性,石墨烯的化学改性可以按照一定的算法计算程序来考虑。由于相关性而产生并分布在石墨烯膜碳原子上的分数为NDA的有效未成对电子奠定了算法基础。最高的NDA值指向在所考虑的步骤中进入化学反应的靶原子。按照指针,可以执行多元导数的逐步设计。应用于氢化,算法设计表明,石墨烯氢化应归因于一个高度复杂的事件,其最终氢化物产物取决于许多因素,如:1)石墨烯膜固定的方式; 2)膜两侧对氢的可及性; 3)氢的组成(分子或原子)。一般来说,氢化物的形成在组成和结构方面是多模式的。因此,如果仅石墨烯膜固定在周边上,而其基面可从两侧接近氢原子,则可以形成具有CH单元的规则椅状六方堆积的100%氢化物,这可归因于石墨烷。
2012-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Application of hydrogenation to low-temperature cleaning of the Si(001) surface in the processes of molecular-beam epitaxy: Investigation by STM, RHEED and HRTEM
本文研究了在分子束外延室中对硅晶片进行低温(470- 650 ℃)预生长退火所获得的洁净Si(001)表面的结构特性。为了降低清洗温度,在HF和NH_4F水溶液中对硅表面进行了预化学处理。已经表明,在温度> 600 ℃时,通过脱氢可以获得由单原子台阶分离的宽台阶组成的光滑表面,而在温度<600 ℃时获得的清洁表面是粗糙的。结果表明,氢热脱附温度和预化学处理工艺对洁净表面的结构性能有一定的影响。已发现Si二聚体从/到步骤的分离/附着的频率和Ehrlich-Schwoebel屏障对跨步骤的ad-二聚体迁移的影响是确定所得表面粗糙度的程度的最可能的因素。
2012-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering on graphene towards tunable and reversible hydrogenation
石墨烯具有二维几何结构和独特的结构-性能关系,是分子传感和储氢应用的极端材料。在这封信中,石墨烯的氢化在机械变形和电子构型之间的相互耦合的程度上进行了讨论。我们的第一性原理计算表明,氢化和外加应变显著改变了石墨烯的原子结构、结合能、力学和电子性质.在10%的面内应变下,氢原子在石墨烯上的结合能在对称相和反对称相分别提高了53.89%和23.56%。此外,对称束缚的氢原子在压缩下的不稳定性表明了氢的可逆存储方法。在反对称相中,氢的结合破坏了石墨烯的sp2特性,这可以在拉伸应变下部分恢复。基于电荷密度的分析揭示了下划线机制。这里报道的结果提供了一种方法,不仅可以以可控和可逆的方式调节氢在石墨烯上的结合,而且还可以通过机械负载和氢掺杂的协同控制来设计石墨烯的性质。
2009-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
1D finite-width graphene nanoribbon systems: alkalization and hydrogenation
石墨烯是第一种真正的二维(2D)材料,具有接近费米能的锥形能谱,并被视为无带隙半导体。其独特的性质引发研究人员发现它的更多应用,如室温下的高载流子迁移率,优异的热导率,高模量和拉伸强度,高透明度和反常量子霍尔效应。然而,无间隙的特性限制了石墨烯纳米电子学的发展。制备一维(1D)石墨烯条(即,石墨烯纳米带(GNR))可能是调节石墨烯的电子和光学性质的最有前途的方法之一。电子和光学性质已经被理论预测和实验验证高度敏感的边缘和宽度。可调谐的电子和光学性质进一步暗示了GNR应用的可能性。最近,悬挂键问题正在考虑在GNR系统。带边缘处的各种钝化可能改变物理性质。研究了碱化、氢化等钝化工艺条件。
2022-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Reactive Molecular Dynamics Study of Hydrogenation on Diamond Surfaces
氢化金刚石被认为是一种有前途的电子器件材料,特别是场效应晶体管(FET)。然而,金刚石氢化的质量尚未确定,也没有提供最佳氢覆盖的特定取向。此外,文献中的大多数理论工作使用具有100%氢化金刚石表面的模型来研究电子性质,这与实验观察到的氢覆盖率相差甚远。在这项工作中,我们进行了详细的研究,使用全原子反应分子动力学(MD)模拟低指数金刚石表面,即(001),(013),(110),(113)和(111),以评估不同的金刚石表面的质量和氢化阈值及其对电子性能的可能影响。我们的模拟结果表明,在这些表面中,由于末端氢原子之间的空间排斥作用,很难实现100%的表面氢化。在所有考虑的表面中,(001)、(110)和(113)表面结合了大量的氢原子,并钝化了表面悬挂键。我们对氢稳定性的研究结果还表明,这些具有最佳氢覆盖率的表面在极端条件下是稳健的,并且可以在金刚石表面提供均匀的p型表面导电性,这是高场高频器件应用的关键要求。
2021-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Substrate-mediated Borophane Polymorphs through Hydrogenation of Two-dimensional Boron Sheets
二维硼单分子层材料由于其结构的灵活性、可调的电学和力学性能而从众多的同素异形体材料中脱颖而出。原始硼氢化物多晶型物的稳定性可能通过用原子氢氢化(称为硼氢化物)来改善。然而,精确的吸附结构和潜在的机制仍然是难以捉摸的。采用第一性原理计算,我们证明了最佳配置的独立borophane和金属衬底上生长的。对于独立的β12和χ3硼烯,能量上有利的氢吸附位点在CN=4(CN:配位数)的硼原子的顶部,而α'硼烯的最佳吸附位点在CN=6的硼原子的顶部。与各种金属基板,硼氢化物的氢化配置调制显着,归因于Bpz和HS轨道之间的化学杂化强度。这些发现提供了一个深刻的洞察氢化硼烯和促进稳定的二维硼多晶型物的工程氢吸附位点和浓度。
2022-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electronic and Magnetic Properties of Pristine and Hydrogenated Borophene Nanoribbons
过去十年来石墨烯和石墨烯纳米带(GNR)的开创性工作以及最近发现的硼烯立即引起了人们对未充分研究的硼烯纳米带(BNR)的关注。本文采用密度泛函理论(DFT)研究了BNR的几何、电子和磁性随取向(分别表示为沿x和y轴取向的BxNR和ByNR)、带宽(Nx,Ny = 4 ~ 15)和氢化效应的变化。我们发现,BNR的各向异性准平面几何结构及其边缘态深刻地支配着电子和磁性。原始ByNR根据带宽度采用磁性基态、反铁磁(AFM)或铁磁(FM),而原始BxNR是非磁性(NM)的。氢化后,所有BNR变为NM。有趣的是,原始的和氢化的ByNR都在Ny = 7时经历金属-半导体-金属转变,而BxNR保持金属性。
2016-11-20 cond-mat.mtrl-sci
From Silicene to Half-Silicane by Hydrogenation
石墨烯是从两侧完全氢化的石墨烯,形成1x 1结构,其中所有C原子都处于sp3构型。在硅烯中,Si原子处于混合sp2/sp3构型,因此很自然地想象硅烷类似于石墨烷。然而,在基底上生长的单原子硅烯片通常会重构成不同的相,并且以前只报道了部分氢化的硅烯重构。在这份报告中,我们生产半硅烷,其中一个硅子晶格是完全H-饱和的,另一个子晶格是完整的,形成一个完美的1x 1结构。通过对Ag(111)衬底上各种硅烯相的氢化,发现只有(2 r3 x2 r3)R30°相可以生成半硅烷。有趣的是,该相以前被认为是高度缺陷或不完整的硅烯结构。结果表明,(2 r3 x2 r3)R30°相的结构是完整的硅烯-1x1晶格,而不是有缺陷的碎片,并利用第一性原理计算讨论了半硅烷的形成机理.
2015-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning electronic and optical properties of free-standing Sn2Bi monolayer stabilized by hydrogenation
在这项研究中,我们系统地研究了Sn 2Bi单层的结构,机械,电子和光学特性,这是一种最近实验合成的薄片[PRL,121,126801(2018)],它已被氢化(Sn 2BiH 2),以使用密度泛函理论(DFT)稳定自支撑形式。为了调节能带结构和电子性质,使用了机械应变和电场。我们的研究表明,在这个独立的样品中,有电子平带和自由空穴带,像最近在硅片上合成的样品,这提供了具有强局域化的电子和高迁移率的自由空穴的可能性。此外,Sn 2BiH 2单层的带隙经历了80%的增长相比,实验样品。应变的相关结果表明,带隙可以适当地操纵双轴应变(-13%至+21%)范围内从0.2至1.6 eV。应该提到的是,相应单分子层在拉伸和压缩应变下的稳定性和柔性是由于原子之间的强σ键。我们还认识到应变可以引起带隙的间接-直接转变。此外,我们的光学研究结果表明,Sn 2BiH 2单分子层在特定范围内的紫外光谱几乎具有金属性质,它是透明的,在红外和可见光谱的电磁辐射。所有这些可调特性和非平凡的功能预示着Sn 2BiH 2单分子膜在近红外探测器、热电器件、场效应晶体管、传感器、电子器件、能量收集和光电子学等方面具有巨大的应用潜力。
2019-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Entropy Alloy Catalytic Action on MgH2 Hydrogen Storage Materials
本研究针对MgH₂储氢材料动力学慢、热力学差的问题,采用Al₂₀Cr₁₆Mn₁₆Fe₁₆Co₁₆Ni₁₆高熵合金作为催化剂,有效降低了放氢温度、提升了吸放氢速率,且循环稳定性优异。
2023-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Influence of hydrogenation on the vibrational density of states of magnetocaloric $\mathrm{LaFe}_\mathrm{11.4}\mathrm{Si}_\mathrm{1.6}\mathrm{H}_{1.6}$
我们报道了磁弹性耦合对LaFe $_{11.4}$ Si $_{1.6}$ H $_{1.6}$的磁热性质的影响,我们用$^{57}$ Fe核共振非弹性X射线散射测量和基于密度泛函理论的第一性原理计算确定了在铁磁低温和顺磁高温相的振动态密度。在实验和计算中,我们观察到显着的差异之间的非氢化和氢化样品的Fe-部分VDOS的形状。这表明氢不仅使一级相变的温度发生移动,而且对Fe-子系统的弹性响应也有显著的影响。反过来,通过进入低体积PM相观察到的Fe VDOS的异常红移在氢化中幸存下来。因此,在整个相变的Fe特定的振动熵$ΔS_\mathrm{lat}$的变化具有相同的符号作为磁性和电子的贡献。DFT计算表明,相同的机制,这是与Fe子系统的巡回电子变磁性的后果,是有效的氢化和他的无氢化合物。尽管与无氢系统相比减少了50%,但在FM到PM转变期间测量的3.2 \pm 1.9 J/kgK的变化$ΔS_\mathrm{lat}$对总等温熵变$ΔS_\mathrm{iso}$的贡献显著且协同地为35%。氢化被观察到诱导整体蓝移的Fe-VDOS相对于H-自由化合物;这种效果,连同观察到的增强的德拜温度,是一个指纹的Fe亚晶格的硬化氢掺入。此外,从NRIXS和DFT数据确定了LaFe $_{11.4}$ Si $_{1.6}$ H $_{1.6}$的平均德拜声速。
2019-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Diffusion and Stabilization in Single-crystal VO2 Micro/nanobeams by Direct Atomic Hydrogenation
我们报告测量原子氢在单晶VO 2微/纳米束中的扩散,通过直接暴露于原子氢,没有催化剂。氢原子由热灯丝产生,掺杂过程在中等温度(373 K)下进行。未掺杂的VO 2在~340 K时在高温金红石金属相和低温单斜绝缘相之间发生金属-绝缘体相变,其电阻表现出类似电阻器的温度依赖性。原子氢化导致VO 2微/纳米束的金属相稳定到2 K,这是我们在测量装置中可以达到的最低点。基于对单晶VO 2束中氢扩散前沿运动的观察,我们估计氢沿金红石相c轴的扩散常数在约373 K时为6.7 x 10^{-10} cm ^2/s,比等结构TiO 2中的值高出约38倍。此外,我们发现,沿c轴的金红石相的扩散常数超过沿等效的单斜相的a轴的至少三个数量级。这种动力学上的显著变化一定源于“通道”的变形,当单位晶胞在冷却成单斜结构时沿着这个方向加倍时。计算结果与实验结果吻合较好。这提高了用于氢传输的可切换膜的可能性。
2014-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Improved screening of doped ZrO$_2$ catalysts for CO$_2$ hydrogenation from graph-based machine learning
Center for Interstellar Catalysis, Department of Physics and Astronomy, Aarhus University(奥胡斯大学物理与天文系星际催化中心)
该研究开发WWL-GPR图机器学习方法,引入氧化物表面相关特征,预测掺杂ZrO₂表面的吸附与过渡态能量,其性能优于线性标度方法,经微观动力学计算可更准确估计CH₃OH产率,为掺杂氧化物催化剂筛选提供高效替代方案。
2026-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Zipping and unzipping of nanoscale carbon structures
我们从理论上证明,应用于纳米碳结构的氢化和退火在确定系统的最终形状中起着至关重要的作用。特别地,以线性和非氢化的锯齿形或扶手椅形边缘为特征的石墨烯薄片具有合并成更大的薄片或纳米管的高倾向(单个碳-碳键的形成使系统的总能量降低高达6.22 eV)。相反,通过氢化转化为$sp^3$型的$sp^2$碳键(对于纯碳结构如石墨烯或碳纳米管常见)的线显示出通过沿着改性键的线切割原始结构来分解原始结构的能力。这些结构转变为我们提供了对溶液中移动碳结构行为的理解,以及如何保持原始结构的独特方案,这将是它们在碳基电子学中应用的关键问题。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Structure and stability of hydrogenated carbon atom vacancies in graphene
通过周期性的\emph{first principles}计算研究了氢原子吸附到石墨烯中的碳原子空位上,直到完全氢化状态,其中六个H原子化学结合到空位上。单个H原子的添加是高度放热的和无势垒的,并且结合能对于进一步氢化保持实质性,优选具有最少数量的孪对的结构。热力学分析表明,缺陷石墨烯对氢化极其敏感,在室温下和对于从$\sim1$巴到$<10^{-20}$巴的宽范围的$_{2}$分压,三重氢化反结构占优势.该结构具有一个未成对电子,并为石墨烯顺磁性提供自旋半局部磁矩贡献。我们的结果与最近的TEM,STM和$μ$ -SR实验的比较表明,碳原子空位实际上可以在不同的条件下被氢化到不同的程度。
2013-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Impact of hydrogenation on the structure, chemistry, and electrical properties of flame-synthesized carbon nanoparticle films
Università degli Studi di Napoli Federico II(那不勒斯费德里科二世大学);Istituto di Scienze e Tecnologie per l’Energia e la Mobilità Sostenibili, Consiglio Nazionale delle Ricerche(意大利国家研究委员会可持续能源与交通科学和技术研究所);Istituto Nazionale di Astrofisica - Osservatorio Astronomico di Capodimonte(卡波迪蒙特国家天体物理研究所天文台);NEST, Istituto Nanoscienze - CNR, and Scuola Normale Superiore(纳米科学研究所-意大利国家研究委员会,以及比萨高等师范学院)
本研究探讨了原子氢暴露对火焰合成碳烟纳米颗粒薄膜的影响,发现氢化引发CC交联网络形成,显著提升了薄膜的杨氏模量与电导率,并促使单颗粒从半导体性转变为半金属性。
2025-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of graphene's properties by reversible hydrogenation
石墨烯--一个单层的碳原子密集地堆积成六边形晶格--具有最强的原子键之一,可以被视为一个坚固的原子级支架,其他化学物质可以附着在上面而不会破坏它。石墨烯是一个巨大的扁平分子,可以进行化学改变,这一观点得到了所谓的氧化石墨烯的观察的支持,也就是被羟基和其他基团密集覆盖的石墨烯。不幸的是,氧化石墨烯是强烈无序的,导电性差,难以还原到原始状态。尽管如此,人们可以想象原子或分子以严格的周期性方式附着在原子支架上,这应该会导致不同的电子结构,本质上是不同的晶体材料。一个假设的例子是石墨烷,一种宽禁带半导体,其中氢键合到石墨烯的每个碳位点。在这里,我们表明,通过将石墨烯暴露于原子氢,有可能将这种高导电半金属转化为绝缘体。透射电子显微镜显示,该材料保留了六方晶格,但其周期明显短于石墨烯,为新的石墨烯衍生物提供了直接证据。发现与氢的反应是可逆的,退火可以恢复原来的金属态和晶格间距,甚至恢复量子霍尔效应。我们的工作证明了石墨烯化学改性的概念,这保证了一系列具有设计的电子和其他性质的新二维晶体。
2008-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen patterning of Ga1-xMnxAs for planar spintronics
我们展示了两种图案化技术的基础上氢钝化的Ga 1-xMnxAs产生隔离的铁磁活性区域均匀地嵌入在一个顺磁性,绝缘主机。第一种方法由通过光刻掩模的Ga 1-xMnxAs的选择性氢化组成。以这种方式制作的霍尔条的磁输运测量显示了空穴介导的铁磁相的特性,这是由于良好的图案隔离。通过这种工艺,已经实现了小至250 nm的Ga 1-xMnxAs点阵列。第二个过程包括毯式氢化的Ga 1-xMnxAs,然后使用受限的低功率脉冲激光退火的局部再活化。电导成像揭示了伴随铁磁性恢复的微米级区域的局部电激活。通过采用近场激光加工,该方法可实现的空间分辨率可能达到<100 nm。通过氢化图案化可获得的高空间分辨率使得能够开发具有新颖功能的系统,例如横向自旋注入以及探索由这种新型半导体制成的单独和耦合结构中的磁化动力学。
2007-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Hydrogen Storage in Magnesium - Transition Metal Compounds
二氢化镁($\mgh$)储存7.7重量%的氢,但其具有高的热力学稳定性和缓慢的氢化(脱氢化)动力学。Mg与轻过渡金属(TM = Sc、Ti、V、Cr)合金化旨在改善热力学和动力学性能。采用第一性原理计算,在密度泛函理论水平上研究了Mg $_x$ TM $_{1-x}$ H $_2$化合物[$x=[0$ -1]的结构和稳定性.我们发现,实验观察到的急剧下降的氢化速率为$x\gtrsim0.8$与相转变的镁$_x$ TM $_{1-x}$ H $_2$从萤石相的金红石相。这些化合物的稳定性沿着Sc、Ti、V、Cr系列降低。改变过渡金属(TM)和组成$x$,Mg $_x$ TM $_{1-x}$ H $_2$的形成焓可以在0-2 eV/f. u的基本范围内调节。然而,假设合金Mg $_x$ TM $_{1-x}$在脱氢时不分解,则与具有高镁含量的化合物($x=0.75$)的可逆氢化相关的焓接近于纯Mg的焓。
2008-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Catalytic action of two-dimensional layered materials (WS2, and MoS2) on hydrogen sorption properties of MgH2
本研究报告的二维(2D)层状材料(二硫化钼和WS 2)的催化作用,以改善脱氢/再氢化的MgH 2的动力学。在WS_2催化剂存在下,MgH_2在277 ℃开始脱附,储氢量为5.95wt%,而在MoS_2催化下,MgH_2的开始脱附温度为330 ℃。MgH 2-WS 2在300 ℃下在13个大气压的氢压力下在1.3分钟内吸收约3.72重量%的氢,并且在300 ℃下在1个大气压的氢压力下在20分钟内解吸约5.57重量%。我们已经进行了25个循环的脱氢(在300 ℃下在1atm氢气压力下)和再氢化(在300 ℃下在13 atm氢气压力下)以确保催化形式的MgH 2的循环稳定性,其中MgH 2-WS 2显示出比MgH 2-MoS 2更好的循环稳定性。MgH 2-WS 2也显示出较低的反应活化能~117 kJ/mol,与其他催化和未催化的样品相比。另一方面,这些催化剂(WS 2和MoS 2)对热力学参数即焓变化没有任何影响。
2023-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the ferromagnetic properties of hydrogenated GaMnAs
氢化和氢化后退火已被用来作为一个非常有效的工具,在很宽的范围内,在固定的磁矩浓度,在薄GaMnAs层的孔密度调整。空穴密度的减少导致其铁磁性质的强烈修改。特别是,我们观察到在磁输运实验的居里温度的降低,随着修改的磁各向异性,与平均场论的行为一致。
2006-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Beware of the water: Hidden hydrogenation of perovskite membranes made by the water-soluble sacrificial layer method
Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST(加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所(ICN2,CSIC和BIST));Universitat Autònoma de Barcelona(巴塞罗那自治大学);Institute of Materials Science of Barcelona (ICMAB-CSIC)(巴塞罗那材料科学研究所(ICMAB-CSIC));ICREA - Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats(加泰罗尼亚研究与高等学府协会(ICREA))
本研究发现水溶性牺牲层法制备的钙钛矿薄膜会因水刻蚀发生氢渗透,诱发非本征类铁电行为,提出可通过热退火排氢恢复本征性能,为该类薄膜的性能调控与制备优化提供依据。
2025-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomic hydrogen adsorption and incipient hydrogenation of the Mg(0001) surface: A density-functional theory study
采用密度泛函理论和超原胞方法研究了氢原子在Mg(0001)表面的吸附.覆盖度的吸附结构和能量的依赖性系统地研究了广泛的覆盖度和吸附位点。在覆盖范围$0<Θ<1.0, the most stable among all possible adsorption sites is the on-surface fcc site followed by the hcp site, and the binding energy increases with the coverage, thus indicating the higher stability of on-surface adsorption and a tendecy to the formation of H islands (clusters) when increasing the coverage within the region $ 0<Θ<1.0中。原子氢的表面扩散路径能量学,以及氢从表面渗透到次表面的激活势垒,也提出了在低覆盖率。在高覆盖率下$1.00<Θ<2.0, it is found that the coadsorption configuration with 1.0 monolayer of H's residing on the surface fcc sites and the remainin…
2009-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Diffusion Driven Transient Hydrogenation in Metal Superhydrides at Extreme Conditions
本研究通过NMR技术发现室温下镧超氢化物中的氢处于高度扩散状态,导致样品在数周内持续分解且超导临界温度显著降低,揭示了金属超氢化物的长期不稳定性。
2024-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Tunable Doping in Hydrogenated Single Layered Molybdenum Disulfide
众所周知,二硫化钼(MoS2)单层中的结构缺陷会强烈改变其性质。因此,深入了解这些结构缺陷以及它们如何影响MoS2的电子性质具有根本的重要性。在这里,我们报告原子氢在单层MoS2中的掺入,以调整其结构缺陷。我们证明了单层MoS2的电子性质可以通过在室温下受控暴露于原子氢来从本征电子(n)掺杂调谐到空穴(p)掺杂。此外,该氢化过程代表了完全饱和存在于MoS2薄片中的硫空位的可行技术。通过高分辨率X射线光电子能谱和密度泛函理论计算证明,在二硫化钼中成功地掺入氢导致电子性质的改变。显微拉曼光谱和角分辨光电子光谱测量显示氢化MoS 2的高质量,证实了我们氢化过程的效率。这些结果表明,MoS2氢化可能是实现过渡金属二硫属化物(TMD)材料与非TMD元素的可调掺杂的重要且有效的方式。
2018-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-Entropy Hydrides for Fast and Reversible Hydrogen Storage at Room Temperature: Binding-Energy Engineering via First-Principles Calculations and Experiments
尽管人们对固态氢化物形式的氢的紧凑和安全储存有很高的兴趣,但在室温下在接近大气压的压力下可逆和快速储存氢的合金的设计是一个长期的挑战。在这项研究中,第一性原理计算与实验相结合,开发高熵合金(HEAs)的室温储氢。设计并合成了具有Laves相结构和低氢结合能(-0.1 ~-0.15eV)的TixZr_(2-x)CrMnFeNi(x = 0.4-1.6)合金。HEAs在室温下以Laves相的形式可逆地储存氢,而(去)氢化压力随着锆分数的增加而系统地降低,与结合能计算结果良好一致。氢化动力学快速,氢化发生无需任何活化或催化处理,储氢性能保持稳定至少1000次循环,并且存储容量高于商业LaNi 5。目前的研究结果表明,理论计算和实验相结合是一个有前途的途径,以设计新的高熵的高性能储氢。
2023-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Mg/Ti multilayers: structural, optical and hydrogen absorption properties
Mg-Ti合金具有不寻常的光学和吸氢性能,源于原子分布中具有小程度的化学短程有序的“类亚稳”微观结构。在本研究中,我们人工工程师的短程有序沉积Pd盖帽的Mg/Ti多层膜具有不同的周期性,并表征它们的结构和光学。尽管Mg和Ti之间的晶格参数失配较大,但沉积的金属多层膜显示出良好的结构一致性。在暴露于H2气体时,发生两步氢化过程,其中Ti层在Mg之前形成氢化物。从原位测量的双层厚度L在不同的氢气压力,我们观察到大的Mg和Ti层氢化后的面外膨胀,表明强烈的塑性形变的膜和随之而来的相干长度缩短。当在室温下在空气中卸载时,由于动力学约束,氢原子保持被捕获在Ti层中。这种加载/卸载序列可以解释在Mg和Ti中的氢的不同的热力学性质,如所示的模型多层系统上的扩散计算。氢谱法测得的吸附等温线可以解释为强结合的Mg/Pd和破碎的Mg/Ti界面所产生的弹性夹紧的结果。
2009-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Effect of activation procedure on Sm-Co-Fe-Zr-B compound for low temperature efficient hydrogen storage
本文重点研究了活化工艺对新型稀土过渡金属化合物Sm(Co0.6Fe0.2Zr0.16B0.04)7.5吸放氢性能的影响。晶体结构和组成总是与金属间化合物的最大容量有关。对于复合材料,加氢脱氢过程的热力学性质主要通过微观结构-微观化学特征来解释。有效的氢存储与解吸的氢量直接相关。氢化后的材料Sm(Co0.6Fe0.2Zr0.16B0.04)7.5在室温下的解吸中似乎具有低于大气压的压力平台,而吸收的氢几乎保留在具有约0.8wt. %。在适当的活化程序之后,氢化的材料解吸非常大量的氢~1.9重量%。%。随后,在氢化和脱氢步骤之前对复合材料的处理可以对效率起关键作用。
2013-04-06 cond-mat.mtrl-sci
In situ diffraction study of catalytic hydrogenation of VO2: Stable phases and origins of metallicity
通过化学掺杂来控制电子布居是在具有强电子相关性的材料中打破竞争相之间平衡的一种方式。在电子-电子和电子-晶格相互作用的驱动下,二氧化钒在约338 K处在高温四斜晶系金属态(T)和低温单斜晶系绝缘态(M1)之间表现出一级相变。VO 2与原子氢的嵌入已被证明,有证据表明,这种掺杂抑制过渡。然而,插层氢对所得氢化物的晶体和电子结构的详细影响以前没有报道。在这里,我们提出了同步辐射和中子衍射研究这种材料系统,绘制出的结构相图作为温度和氢含量的函数。除了原始的T和M1相,我们发现两个正交相,O 1和O2,这是稳定在较高的氢含量。我们提出的密度泛函计算,确认这些国家的金属性,并讨论氢稳定导电相的物理基础,在金属-绝缘体过渡的背景下。
2014-06-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fundamental hydrogen storage properties of TiFe-alloy with partial substitution of Fe by Ti and Mn
TiFe金属间化合物由于其成本低、体积氢密度好、易于通过元素替代来调节加氢热力学而得到广泛的研究。所有这些积极的方面使这种材料有希望用于固态储氢的大规模应用。另一方面,活化和动力学问题应得到修正,元素取代的作用应得到进一步理解。本文研究了TiFe相(Ti:Fe比为1:1 ~ 1:0.9)的均匀性范围内Ti含量的变化以及Mn在0 ~ 5at.%之间取代Fe引起的热力学变化。在所有考虑的合金中,主要相是TiFe型,以及分别在TiFe相域的贫Ti侧和富Ti侧的少量TiFe 2或\b{eta} -Ti型和Ti 4 Fe 2 O型。热力学数据与现有文献一致,但在此提供了扩展的Ti和Mn组成范围内的加氢性能的全面描述。此外,它表明,富钛合金显示增强的存储容量,只要形成有限量的\b{eta} -Ti。Mn和Ti的替代增加电池参数可能取代Fe,降低平台压力和减少滞后的等温线。将讨论作为组合物的函数的储氢性能的依赖性的全貌,连同一些观察到的相关性。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Inducing skyrmions in ultrathin Fe films by hydrogen exposure
磁skyrmions是一种具有粒子性质的纳米自旋局域结构,有望作为比特应用于下一代信息技术。未来基于skyrmion的应用的一个重要步骤是设计关键的磁性参数,以开发和稳定单个磁性skyrmion。在这里,我们演示了通过在样品中加载原子氢来调节Ir111衬底上Fe双层的非共线磁性状态。利用自旋极化扫描隧道显微镜发现,氢化体系在外加磁场中支持skyrmion的形成,而未氢化的Fe双电层则不支持.基于从头计算,我们归因于这种效果的海森堡交换和Dzyaloshinsky_Moriya相互作用,由于氢化的调谐。除了界面工程外,磁性薄膜的氢化为低维磁性材料中Skyrmion态的设计和优化提供了一条独特的途径。
2017-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Band structure of hydrogenated silicene on Ag(111): Evidence for silicane
在石墨烯的情况下,氢化通过打开带隙来去除由于形成狄拉克锥的带而导致的导电性。这种类型的化学官能化对于电子应用至关重要。如理论研究所预测的,对于硅烯(与石墨烯最接近的类似物),预期能带结构的类似变化。本文报道了氢化硅烯的原子和电子结构的研究。在本研究中使用Ag(111)上硅烯的($\small 2\sqrt{3} \times 2\sqrt{3}$)相,因为它可以在Ag基底的整个表面上均匀形成。低能电子衍射和扫描隧道显微镜数据清楚地表明氢化改变了Ag(111)上硅烯的结构,导致相对于硅烯晶格的(1 $\times$ 1)周期性。氢化硅烯还表现出准规则($\small 2\sqrt{3} \times 2\sqrt{3}$)样空位排列。角分辨光电子能谱学揭示了两个色散带,可以明确地分配给硅烷。这些能带的共同顶部位于费米能级以下的$\small \backsim$ 0.9 eV处。我们发现,实验带密切再现的理论能带结构的自由站立的硅烷与H吸附在上六方亚晶格的硅烯。
2017-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Geometry, stability and thermal transport of hydrogenated graphene nanoquilts
利用分子动力学模拟研究了氢化折叠的石墨烯纳米绗缝的几何形状、稳定性和热输运。氢化的石墨烯纳米绗缝显示出增加的热力学稳定性和比没有氢化的折叠石墨烯结构更好的传输性能。对于双层石墨烯纳米被子,几何形状和热导率都对吸附的氢链非常敏感,这可以通过PDOS的红移来解释。对于多折叠纳米绗缝,通过改变周期数或长度,它们的热导率可以从原始石墨烯的100%调整到15%。我们的研究结果表明,氢化石墨烯纳米绗缝是非常适合的热管理设备。
2016-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of Hydrogenated Li and Co doped ZnO nanoparticles
研究了氢化对Zn_(0.85)Co_(0.05)Li_(0.10)O纳米颗粒磁性能的影响。结果表明,室温下热处理的样品具有弱的铁磁性,而400 ℃热处理的样品具有强的铁磁性。在这两种情况下,在空气中在400 ° C下重新加热样品将其完全转换回顺磁状态(P)。通过X射线和电子衍射(ED)对样品的表征表明,在室温下氢化的样品中观察到的室温铁磁性是本质上的,而在400 ℃下氢化的样品中观察到的部分是由于钴金属簇。
2006-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of two-dimensional Li$_{3}$N
采用第一性原理平面波方法研究了Li $_{2}$ N化合物的二维结构的电子和磁性。计算表明,氢化作用会影响这种结构的电子性质,使系统由宽禁带半导体转变为金属。此外,非零磁矩,等于1 $μ_{B}$可以通过在氢化结构中引入H空位来产生。
2012-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Single-sided-hydrogenated graphene: Density functional theorypredictions
氢化已被证明是打开石墨烯带隙的有效工具。在目前的密度泛函研究中,我们证明了单面氢化石墨烯是一种间接带隙为1.89 eV的半导体,介于无带隙石墨烯和宽带隙石墨烷之间。我们表明,它的电子结构和晶格特性是从那些石墨烯,graphone,或graphane有很大的不同。晶格常数和C-C键长比石墨烯长15%。我们的结合能分析证实,这种单侧氢化导致化学稳定的材料。
2011-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proton polarons in HxWO3 by synchrotron photoemission and DFT modelling
用X射线光电子能谱学测量氢引起的过渡金属氧化物电子结构的变化是一项具有挑战性的工作,因为光电子的起源不能明确地归属于氢。氢引起的三氧化钨电子结构的变化已经知道了100多年,但仍然是有争议的争论。争论的根源在于难以将氢化的影响与缺氧的影响分开。使用膜的方法X-射线光电子能谱学,结合可调同步辐射,我们同时测量核心水平和价带高达1000毫巴的氢压力。在氢化时,W $^{5+}$芯能级和接近费米能级的状态的强度遵循体相H $_x$ WO $_3$的压力-组成等温线而增加。结合实验数据和密度泛函理论,证实了质子极化子模型对氢致色的描述。虽然氢是费米边缘附近的电子结构变化的起源,但价带边缘现在由钨轨道而不是氧主导,这与原始氧化物的情况一样,原始氧化物具有作为(光电化学)催化剂的更广泛的应用。
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Excited states in hydrogenated single-layer MoS$_2$
采用基于第一性原理的密度矩阵含时密度泛函理论(TDDFT)方法,计算了不同氢覆盖度下单层MoS $_2$的激发光谱.我们的研究结果表明,完全氢化的系统是金属的,而在低覆盖率限制的单层MoS $_2$的光谱包括自旋极化的部分填充的局域中间带隙态。这些状态产生于与表面S原子形成倾斜键的H原子的s轨道。计算的系统的吸收光谱揭示了标准的激子峰,其对应于结合的价带空穴和导带电子,以及激子峰,涉及中间的间隙电荷。如在原始单层MoS $_2$的情况下,氢化系统的激子的结合能被发现是相对较大的(几十毫电子伏),使其实验检测容易,并建议氢化作为调谐单层MoS $_2$的光学性质的旋钮。重要的是,我们发现氢化抑制可见光光致发光,与实验观察一致。作为一个旁白,我们对比氢覆盖的影响,在同一列的周期表中的下两个元素(最轻的金属),锂和钠,对单层MoS $_2$的光谱特性,而不是导致形成的n掺杂的非磁性半导体,不允许激子状态。
2020-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Structure of Gold Hydride
通过Ponyatovskii等人,Sov.物理学25(1982)596。在本文中,我们考虑的体积增加的金属氢化物和可能的晶体结构的金氢化物与汞的结构,最近的邻居的Au在周期表中。AuH的建议结构具有基本的四面体为中心的单元,与汞结构Hg-tI 2非常相似。在费米球-布里渊区相互作用模型下讨论了这种结构稳定的原因。
2014-12-17 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
Hydrogen on graphene: Electronic structure, total energy, structural distortions, and magnetism from first-principles calculations
利用密度泛函理论计算了氢化单层、双层和多层石墨烯的电子结构、总能量、结构畸变和磁性。研究发现,氢致磁性只能在氢原子浓度很低的情况下(单原子状态)才能存在,而具有优化结构的氢对通常是磁性的。化学吸附能作为氢浓度的函数计算,以及氢结合和释放的能量障碍。结果表明石墨烯是一种很有前景的储氢材料。讨论了石墨烯、纳米管和块状石墨氢化之间的差异。
2007-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Dissociation and Diffusion on Ni and Ti -doped Mg(0001) Surfaces
在MgH $_2$中加入过渡元素可以显著提高H $_2$的脱附热力学和动力学性能,并改善Mg对H $_2$的吸收。在这里,我们提出了一个密度泛函理论的氢解离和表面扩散的Ni掺杂表面的研究,并比较先前研究的Ti掺杂的Mg(0001)和纯Mg(0001)表面的结果。结果表明,纯Mg(0001)表面的氢解离能垒较高,而Ni/Ti掺杂后的氢解离能垒很小甚至为零。我们发现Ti上解离位点附近的两个H原子的结合能很高,有效地阻碍了远离Ti位点的扩散。相比之下,我们发现,在Ni上的扩散的能垒大大减少。因此,尽管Ti和Ni都促进H $_2$解离,但似乎只有Ni是Mg氢化的良好催化剂,允许扩散离开催化位点。实验结果证实了这些理论发现,即与参比Mg或Ti掺杂的Mg相比,Ni掺杂的Mg样品的氢化更快。
2008-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Bulk NdNiO2 is thermodynamically unstable with respect to decomposition while hydrogenation reduces the instability and transforms it from metal to insulator
通过CaH 2化学还原母体R3+ Ni 3 +O3钙钛矿形式,最近在SrTiO 3衬底上的Sr掺杂NdNiO 2中实现了超导电性。利用密度泛函理论(DFT)计算发现,化学计量比的NdNiO_2在分解为1/2[Nd_2 O_3 + NiO + Ni]时是非常不稳定的,其放热分解能为+176 meV/atom,比普通三元氧化物的不稳定性高得多。这就提出了一个问题,如果化学计量的NdNiO 2镍酸盐化合物广泛用于模拟铜酸盐的镍基氧化物类似物的电子能带结构,并发现是金属是正确的模型,用于此目的。为了检验这一点,我们研究通过DFT的作用,共同的H杂质预计将存在于化学还原过程中需要获得NdNiO 2。我们发现H可以化学地结合,即,在NdNiO 2中,甚至从H2气体中自发地,在浓缩极限下,这些杂质可导致氢化物化合物NdNiO 2 H的形成,其相对于无氢NdNiO 2具有显著降低的不稳定性。有趣的是,氢化形式具有与纯形式相似的晶格常数(导致可比较的XRD图案),但与NdNiO 2的金属特性不同,氢化形式被预测为宽禁带绝缘体,因此需要掺杂以产生金属或超导状态,就像铜酸盐一样,但不像未氢化的镍酸盐。虽然氢可能最终会解吸,但计算表明原始NdNiO 2是氢稳定的。人们必须谨慎对待预测原始化学计量NdNiO 2中新物理的理论,因为它可能是一种无法实现的化合物。需要对真正的NdNiO_2超导体的组成和氢对超导…
2021-07-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con