Lithium and sodium decorated graphdiyne as a candidate for hydrogen storage: First-principles and grand canonical Monte Carlo study

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作者
Yunhui Wang,Genjian Xu,Shuixin Deng,Qiang Wu,Zhaoshun Meng,Xin Huang,Lan Bi,Zhihong Yang,Ruifeng Lu
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:509: 144855-144855 被引量:54
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2019.144855
摘要

Here through doping Boron element in the aromatic ring of the graphdiyne, we demonstrate that the preferred adsorption site for Li and Na can be changed effectively. For double side Li and Na decorations on the Boron-doped aromatic ring, the binding energies are 2.35 eV and 1.65 eV, which are much larger than their own bulk cohesive energies of1.63 eV and 1.13 eV respectively, indicating that Li and Na atoms will be dispersed evenly on the graphdiyne instead of forming metal clusters. We further investigate H2 storage by using first-principles method. It is found that the average binding energies for Li- and Na-decorated boron-graphdiyne structure with 5 adsorbed H2 molecules per metal, are all in the optimum adsorption energy range (0.2–0.4 eV), which are 0.33, 0.31, 0.29, 0.24 and 0.21 eV for Li-decoration and 0.26, 0.26, 0.26, 0.24 and 0.22 for Na-decoration. Moreover, the molecular dynamics calculations demonstrate our structures are thermodynamic stable under realistic experimental condition. The estimated H2 uptake capacities could reach to 8.81 wt% for Li-decoration and 7.73 wt% for Na-decoration. Finally, we fitted the force field parameters and performed the grand canonical Monte Carlo simulations to address the H2 uptake capacity.

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