Взаимодействие атомов титана с поверхностью совершенных и дефектных углеродных нанотрубок

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Диспергирование атомов металлов по поверхности 1D- и 2D-углеродных систем – наиболее доступный способ управления их свойствами, привлекательными для многих приложений в электронике, энергетике, катализе. В работе методами компьютерного моделирования из первых принципов, базирующимися на теории функционала электронной плотности, исследованы особенности взаимодействия атомов титана с поверхностью углеродных нанотрубок, вызванные присутствием на этих поверхностях структурных дефектов разного рода. Для исследования выбраны нанотрубки (7, 7) и (11, 0) с близкими диаметрами (≈1 нм), но с проводимостью разных типов: металлической и полупроводниковой соответственно. Изучали три вида дефектов: одиночную вакансию, двойную вакансию и топологический дефект. Рассматривали две возможные ориентации дефекта каждого вида относительно оси трубки. В основном использовали базис атомоподобных орбиталей (пакет SIESTA), а в некоторых тестовых расчетах также и базис плоских волн (пакет VASP). Вычислительные эксперименты показали, что энергия связи атомов Ti с бездефектной нанотрубкой всегда меньше, чем с дефектными, независимо от использованного приближения для обменно-корреляционного функционала (LDA или GGA). Значения энергии связи, предсказываемые в приближении LDA, заметно больше, чем в приближении GGA (до ~15% для трубки (7, 7), и до ~50% для трубки (11, 0)). Самая сильная связь возникает при адсорбции титана на нанотрубке с одиночной вакансией; возникающую конфигурацию можно рассматривать как дефект замещения одного атома углерода атомом титана.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Созыкин

Южно-Уральский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sozykinsa@susu.ru
Россия, Челябинск

В. П. Бескачко

Южно-Уральский государственный университет

Email: sozykinsa@susu.ru
Россия, Челябинск

Список литературы

  1. Maheswaran R., Shanmugavel B.P. // J. Electron. Mater. 2022. V. 51. № 6. P. 2786. https://doi.org./10.1007/s11664-022-09516-8
  2. So S.H., Sung S.J., Yang S.J., Park C.R. // Electron. Mater. Lett. 2023. V. 19. № 1. P. 1. https://doi.org./10.1007/s13391-022-00368-2
  3. Mulatu A.T., Nigussa K.N., Deja L.D. // Opt. Mater. 2022. V. 134. P. 113094. https://doi.org./10.1016/j.optmat.2022.113094
  4. Dethan J.F.N., Swamy V. // Int. J. Hydrog. Energy. 2022. V. 47. № 59. P. 24916. https://doi.org./10.1016/j.ijhydene.2022.05.240
  5. Daulbayev C., Lesbayev B., Bakbolat B., Kaidar B., Sultanov F., Yeleuov M., Ustayeva G., Rakhymzhan N. // South African J. Chem. Eng. 2022. V. 39. P. 52. https://doi.org./10.1016/j.sajce.2021.11.008
  6. Zhang Y., Dai H. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. № 19. P. 3015. https://doi.org./10.1063/1.1324731
  7. Durgun E., Dag S., Bagci V. M. K., Gulseren O., Yildirim T., Ciraci S. // Phys. Rev. B. 2003. V. 67. P. 201401(R). https://doi.org./10.1103/PhysRevB.67.201401
  8. Liu M., Kutana A., Liu Y., Cui G., Zhang C., Dong N., Chen C., Han P. // J. Phys. Chem. Lett. 2014. V. 5. № 7. P. 1225. https://doi.org./10.1021/jz500199d
  9. Shevlin S.A., Guo Z.X. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 44. P. 17456. https://doi.org./10.1021/jp800074n
  10. Lee H., Ihm J., Cohen M.L., Louie S.G. // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 11. P. 115412. https://doi.org./10.1103/PhysRevB.80.115412
  11. Ghosh S., Padmanabhan V. // Diam. Relat. Mater. 2017. V. 77. P. 46. https://doi.org./10.1016/j.diamond.2017.05.013
  12. Yang L., Yu L.L., Wei H.W., Li W.Q., Zhou X., Tian W.Q. // Int. J. Hydrog. Energy. 2019. V. 44. № 5. P. 2960. https://doi.org./10.1016/j.ijhydene.2018.12.028
  13. Soldano C. // Prog. Mater. Sci. 2015. V. 69. P. 183. https://doi.org./10.1016/j.pmatsci.2014.11.001
  14. Sozykin S.A., Beskachko V.P., Vyatkin G.P. // Mater. Sci. Forum. 2016. V. 843. P. 132. https://doi.org./10.4028/www.scientific.net/MSF.843.132
  15. Soler J.M., Artacho E., Gale J.D., Garc A., Junquera J., Ordej P., Daniel S. // J. Phys. Condens. Matter. 2002. V. 14. № 11. P. 2745. https://doi.org./10.1088/0953-8984/14/11/302
  16. Anikina E., Beskachko V. // Bull. South Ural State Univ. Ser. Math. Mech. Phys. 2020. V. 12. № 1. P. 55. https://doi.org./10.14529/mmph200107
  17. Sozykin S.A., Beskachko V.P. // Lett. Mater. 2022. V. 12. № 1. P. 32. https://doi.org./10.22226/2410-3535-2022-1-32-36
  18. Yildirim T., Ciraci S. // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. № 17. P. 175501. https://doi.org./10.1103/PhysRevLett.94.175501
  19. Omidvar H., Mirzaei F.K., Rahimi M.H., Sadeghian Z. // New Carbon Mater. 2012. V. 27. № 6. P. 401. https://doi.org./10.1016/S1872-5805(12)60023-7
  20. Juhee D., Vikram M., Alok S., Brahmananda C. // Energy Storage. 2023. V. 5. № 1. P. e391. https://doi.org./10.1002/est2.391
  21. Kresse G., Furthmüller J. // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. Iss. 16. P. 11169. https://doi.org./10.1103/PhysRevB.54.11169
  22. Felten A., Suarez-Martinez I., Ke X., Tendeloo G.V., Ghijsen J., Pireaux J.J., Drube W., Bittencourt C., Ewels C.P. // ChemPhysChem. 2009. V. 10. № 11. P. 1799. https://doi.org./10.1002/cphc.200900193
  23. Yang C.K., Zhao J., Lu J.P. // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. № 4. P. 414031. https://doi.org./10.1103/PhysRevB.66.041403

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Атомная структура бездефектных УНТ (11, 0) (а) и (7, 7) (б)

Скачать (323KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Равновесная атомная структура комплексов дефектной нанотрубки с атомом титана. Атомы углерода, принадлежащие дефекту, выделены более темным цветом. Обозначения дефектов описаны в тексте

Скачать (835KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Энергия образования дефектов в зависимости от выбора типа трубки, типа дефекта, ориентации дефекта на трубке и приближения для описания обменно-корреляционных эффектов

Скачать (304KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Энергия связи атома Ti c трубкой в зависимости от выбора типа трубки, типа дефекта, ориентации дефекта на трубке и приближения для описания обменно-корреляционных эффектов

Скачать (427KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Отношение ELDA/EGGA для энергии: а – образования дефектов; б – связи атома Ti

Скачать (265KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».