Published June 5, 2023 | Version v1
Publication Open

Hydrogen storage and sensing ability of group 8B transition metal-doped B12N12 nanocages: a DFT investigation

Creators

  • 1. Rajabhat Maha Sarakham University
  • 2. Mahasarakham University
  • 3. Sakon Nakhon Rajabhat University
  • 4. Rajamangala University of Technology Isan

Description

Density functional theory calculations have been performed to investigate nH2 (n = 1–4) molecules adsorbed on the pristine and group 8B transition metal (TM = Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt) doping on B or N site of boron nitride nanocage (B12N12). The structural stability, adsorption ability, and electronic property of before and after different numbers of H2 molecule adsorption on the pristine and the TM-doped B12N12 nanocages have been investigated. The calculated results point out that all TM atoms display strong binding with B12N12 nanocage in which the Os atom displays the strongest interaction with B12N12. In addition, the pristioptimized geometrical structure of the pristinene B12N12 has a weak interaction with the H2 molecules. For hydrogen molecules adsorbed on TM-doped B12N12 nanocages, the hydrogen molecules can be strongly adsorb on the TM-doped B12N12 with appreciable adsorption energy, in which the OsB11N12 displays the strongest interaction with the hydrogen molecules. Accordingly, the hydrogen adsorption abilities of B12N12 can be significantly improved through TM doping. Electronic properties of the pristine B12N12 are significantly changed after TM-doping, especially the energy gap of the B12N12 is dramatically decreased. Moreover, electronic properties of the TM-doped B12N12 nanocages are noticeably changed after adsorptions compared with the pristine B12N12. Therefore, the TM-doped B12N12 can be used for hydrogen storage and sensing applications of B12N12 nanomaterials.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم إجراء حسابات نظرية الكثافة الوظيفية للتحقيق في جزيئات nH2 (n = 1–4) الممتزة على المعدن الانتقالي البكر والمجموعة 8B (TM = Fe، Co، Ni، Ru، Rh، Pd، Os، Ir، و Pt) المنشطات على موقع B أو N من القفص النانوي لنيتريد البورون (B12N12). تم التحقيق في الاستقرار الهيكلي، والقدرة على الامتزاز، والخاصية الإلكترونية قبل وبعد أعداد مختلفة من امتزاز جزيء H2 على الخلايا النانوية البكر والمخدرة TM B12N12. تشير النتائج المحسوبة إلى أن جميع ذرات ذاكرة الترجمة تُظهر ارتباطًا قويًا مع القفص النانوي B12N12 حيث تُظهر ذرة Os أقوى تفاعل مع B12N12. بالإضافة إلى ذلك، فإن البنية الهندسية المحسنة بريستوبين B12N12 لها تفاعل ضعيف مع جزيئات H2. بالنسبة لجزيئات الهيدروجين الممتزة على الأقفاص النانوية B12N12 المشابة بـ TM، يمكن امتصاص جزيئات الهيدروجين بقوة على B12N12 المشابة بـ TM مع طاقة امتزاز ملحوظة، حيث يعرض OsB11N12 أقوى تفاعل مع جزيئات الهيدروجين. وفقًا لذلك، يمكن تحسين قدرات امتصاص الهيدروجين لـ B12N12 بشكل كبير من خلال المنشطات TM. تتغير الخواص الإلكترونية لـ B12N12 البكر بشكل كبير بعد المنشطات TM، خاصة أن فجوة الطاقة لـ B12N12 تنخفض بشكل كبير. علاوة على ذلك، يتم تغيير الخصائص الإلكترونية للأقفاص النانوية B12N12 المخدرة TM بشكل ملحوظ بعد الامتزاز مقارنة بـ B12N12 البكر. لذلك، يمكن استخدام مخدر TM B12N12 لتخزين الهيدروجين وتطبيقات الاستشعار للمواد النانوية B12N12.

Translated Description (French)

Des calculs de la théorie fonctionnelle de la densité ont été effectués pour étudier les molécules nH2 (n = 1–4) adsorbées sur le dopage du métal de transition vierge et du groupe 8B (TM = Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir et Pt) sur le site B ou N du nanocage de nitrure de bore (B12N12). La stabilité structurelle, la capacité d'adsorption et la propriété électronique avant et après différents nombres d'adsorption de molécules H2 sur les nanocages B12N12 vierges et dopés TM ont été étudiées. Les résultats calculés soulignent que tous les atomes TM présentent une forte liaison avec le nanocage B12N12 dans lequel l'atome Os présente la plus forte interaction avec B12N12. De plus, la structure géométrique pristioptimisée du pristinène B12N12 a une faible interaction avec les molécules H2. Pour les molécules d'hydrogène adsorbées sur les nanocages de B12N12 dopés TM, les molécules d'hydrogène peuvent être fortement adsorbées sur le B12N12 dopé TM avec une énergie d'adsorption appréciable, dans lequel l'OsB11N12 présente la plus forte interaction avec les molécules d'hydrogène. En conséquence, les capacités d'adsorption d'hydrogène de B12N12 peuvent être considérablement améliorées par le dopage TM. Les propriétés électroniques du B12N12 vierge sont considérablement modifiées après le dopage TM, en particulier le gap énergétique du B12N12 est considérablement réduit. De plus, les propriétés électroniques des nanocages B12N12 dopés TM sont sensiblement modifiées après les adsorptions par rapport au B12N12 vierge. Par conséquent, le B12N12 dopé TM peut être utilisé pour le stockage d'hydrogène et les applications de détection des nanomatériaux B12N12.

Translated Description (Spanish)

Se han realizado cálculos de la teoría funcional de la densidad para investigar las moléculas nH2 (n = 1–4) adsorbidas en el metal de transición prístino y del grupo 8B (TM = Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir y Pt) dopado en el sitio B o N de la nanocaja de nitruro de boro (B12N12). Se ha investigado la estabilidad estructural, la capacidad de adsorción y la propiedad electrónica de antes y después de diferentes números de adsorción de moléculas de H2 en las nanocajas B12N12 prístinas y dopadas con TM. Los resultados calculados señalan que todos los átomos de TM muestran una fuerte unión con la nanojaula B12N12 en la que el átomo de Os muestra la interacción más fuerte con B12N12. Además, la estructura geométrica pristioptimizada del pristineno B12N12 tiene una interacción débil con las moléculas de H2. Para las moléculas de hidrógeno adsorbidas en nanocajas B12N12 dopadas con TM, las moléculas de hidrógeno pueden adsorberse fuertemente en el B12N12 dopado con TM con una energía de adsorción apreciable, en la que el OsB11N12 muestra la interacción más fuerte con las moléculas de hidrógeno. Por consiguiente, las capacidades de adsorción de hidrógeno de B12N12 se pueden mejorar significativamente a través del dopaje TM. Las propiedades electrónicas del B12N12 prístino cambian significativamente después del dopaje TM, especialmente la brecha de energía del B12N12 se reduce drásticamente. Además, las propiedades electrónicas de las nanocajas B12N12 dopadas con TM cambian notablemente después de las adsorciones en comparación con la B12N12 prístina. Por lo tanto, el B12N12 dopado con TM se puede utilizar para aplicaciones de almacenamiento y detección de hidrógeno de nanomateriales B12N12.

Files

latest.pdf.pdf

Files (5.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:bb24ad38496408cef0c39120b3fc1211
5.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تخزين الهيدروجين وقدرة الاستشعار للمجموعة 8B الانتقالية ذات مخدر معدني B12N12 nanocages: تحقيق DFT
Translated title (French)
Capacité de stockage et de détection d'hydrogène des nanocages B12N12 dopés au métal de transition du groupe 8B : une enquête DFT
Translated title (Spanish)
Almacenamiento de hidrógeno y capacidad de detección de nanocajas B12N12 dopadas con metales de transición del grupo 8B: una investigación DFT

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4379383494
DOI
10.1007/s11224-023-02190-4

Is supplement to
https://openalex.org/W4386001256 (Other)
https://openalex.org/W4309735492 (Other)
https://openalex.org/W4213199948 (Other)
https://openalex.org/W3023359121 (Other)
https://openalex.org/W2990359859 (Other)
https://openalex.org/W2544425202 (Other)
https://openalex.org/W2327770564 (Other)
https://openalex.org/W2060662791 (Other)
https://openalex.org/W2009779268 (Other)
https://openalex.org/W1999392193 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1528556226
  • https://openalex.org/W1536167388
  • https://openalex.org/W1966182479
  • https://openalex.org/W1984599229
  • https://openalex.org/W1986465188
  • https://openalex.org/W1989732856
  • https://openalex.org/W1993577831
  • https://openalex.org/W2017670421
  • https://openalex.org/W2022233759
  • https://openalex.org/W2023271753
  • https://openalex.org/W2029880010
  • https://openalex.org/W2035673404
  • https://openalex.org/W2044202126
  • https://openalex.org/W2044490585
  • https://openalex.org/W2046120957
  • https://openalex.org/W2047029129
  • https://openalex.org/W2050056341
  • https://openalex.org/W2053342946
  • https://openalex.org/W2054480841
  • https://openalex.org/W2056603291
  • https://openalex.org/W2056728515
  • https://openalex.org/W2068617439
  • https://openalex.org/W2071648920
  • https://openalex.org/W2082210870
  • https://openalex.org/W2086957099
  • https://openalex.org/W2096846489
  • https://openalex.org/W2106824077
  • https://openalex.org/W2136222338
  • https://openalex.org/W2137778140
  • https://openalex.org/W2142681205
  • https://openalex.org/W2143981217
  • https://openalex.org/W2160155183
  • https://openalex.org/W2161329382
  • https://openalex.org/W2167383445
  • https://openalex.org/W2329717581
  • https://openalex.org/W2438301168
  • https://openalex.org/W2474650352
  • https://openalex.org/W2508392715
  • https://openalex.org/W2591248164
  • https://openalex.org/W2614923609
  • https://openalex.org/W2623666352
  • https://openalex.org/W2783427827
  • https://openalex.org/W2794203657
  • https://openalex.org/W2795894643
  • https://openalex.org/W2903455072
  • https://openalex.org/W2945269473
  • https://openalex.org/W3000468761
  • https://openalex.org/W3005279019
  • https://openalex.org/W3013139183
  • https://openalex.org/W3040042971
  • https://openalex.org/W3089231224
  • https://openalex.org/W3092108904
  • https://openalex.org/W3175786856
  • https://openalex.org/W4315928938