Light metal decorated graphene-like Si2BN monolayers as hydrogen storage media: A DFT investigation

单层 重量分析 氢气储存 吸附 材料科学 石墨烯 金属 解吸 密度泛函理论 化学工程 无机化学 纳米技术 化学 物理化学 有机化学 计算化学 冶金 工程类
作者
Minming Jiang,Jiang Xu,Paul Munroe,Zonghan Xie,Zhaofeng Chen
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:50: 865-878
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.08.174
摘要

The hydrogen storage properties of an alkali metal (Li, Na, K) or alkaline earth metal (Be, Mg, Ca) decorated Si2BN monolayer were studied based on first-principles calculations. The study indicated that these metal atoms can be stably bonded on both sides of the Si2BN monolayer, but without promoting agglomeration. Compared with the original structure, the metal-decorated Si2BN monolayer exhibited significantly enhanced physical adsorption for H2 molecules. Furthermore, the Li, Na, Be and Ca-decorated Si2BN monolayers exhibited a high gravimetric density ranging from 7.1 to 11.7 wt% and a suitable adsorption energy range from −0.11 to −0.27 eV. In contrast, the K and Mg-decorated Si2BN monolayers were not suitable for practical applications due to their low adsorption energy (−0.07 eV) and poor gravimetric density (4.6 wt%). In particular, the Li-decorated Si2BN monolayer showed the highest hydrogen storage gravimetric density (11.7 wt%), whilst the Be-decorated Si2BN monolayer showed the closest desorption temperature (319 K) to room temperature. These findings provide theoretical insights into the excellent hydrogen storage properties of this novel graphene-like monolayer material after metal decoration.
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