Çeşitli metallerle dekore edilmiş alüminyum katkılı altıgen bor nitrür nano levhaların hidrojen depolama özelliklerinin hesaplamalı incelenmesi

Bu çalışmada, hidrojen depolama uygulamaları açısından potansiyellerini değerlendirmek amacıyla altıgen (hekzagonal) bor nitrür (B19N18) nano levhaların alüminyum katkılı yapıları (Al-hBN); alkali (Li+, Na+, K+), toprak alkali (Mg2+, Ca2+) ve dördüncü periyot geçiş metali (Sc3+, Ti4+, V3+, Cr2+, Mn7+, Fe3+, Co3+, Ni2+, Cu+, Cu2+, Zn2+) katyonları ile tek atom dekorasyonu yoluyla modifiye edilmiştir. Yapısal kararlılık, adsorpsiyon enerjileri ve elektronik özellikleri incelemek için yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) hesaplamaları, Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE) değiş-korelasyon fonksiyoneli ve def2-SVP baz seti kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Termodinamik kararlılık analizleri, tüm dekorasyonlu sistemlerin negatif toplam elektronik ve termal entalpi değerleri sergileyerek termodinamik olarak kararlı yapıların oluştuğunu göstermektedir. Hidrojen adsorpsiyon özellikleri; adsorpsiyon enerjileri, bağ uzunlukları ve sınır moleküler orbital (FMO) analizi ile incelenen moleküler orbital özellikleri dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Sc3+, Fe3+ ve Co3+ dekorasyonlu Al-hBN yüzeylerinde elde edilen adsorpsiyon enerjileri sırasıyla 0,42, 0,56 ve 0,58 eV/H2 olup, bu değerler hidrojenin oda sıcaklığında tersinir olarak adsorplanabilmesi için önerilen optimum aralık (~0,2 ila 0,6 eV/H2) içerisindedir. Buna karşın, Li+, Na+, K+, Ca2+ ve Zn2+ dekorasyonlu sistemlerde pozitif Gibbs adsorpsiyon serbest enerji değerleri, kısa adsorpsiyon mesafeleri ve geniş bant aralığı nedeniyle hidrojen adsorpsiyonunun zayıf veya termodinamik olarak elverişsiz olduğu belirlenmiştir. Bu bulgular, uygun metal dekorasyonu ile birleştirilen Al-hBN nano levhalarının, verimli, hafif ve geri dönüştürülebilir hidrojen depolama malzemeleri için umut verici adaylar olduğunu göstermektedir.