1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал физической химии
  4. T. 94, № 2, 2020

Журнал физической химии, 2020, T. 94, № 2, стр. 293-300

Реактивность дефектных монослоев гексагонального нитрида бора

Н. А. Львова a, b, *, А. И. Рязанова a, b, **, Д. О. Попков a, b, ***

a Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов
Москва, Троицк, Россия

b Московский физико-технический институт
Московская область, Долгопрудный, Россия

* E-mail: nlvova@tisnum.ru
** E-mail: ryazanova@phystech.edu
*** E-mail: dmitriy.popkov@phystech.edu

Поступила в редакцию 27.04.2019
После доработки 14.06.2019
Принята к публикации 18.06.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Представлены результаты квантово-химического моделирования хемосорбции атомарного водорода и фтора на поверхности монолиста гексагонального нитрида бора, содержащего ряд устойчивых собственных, примесных и комплексных дефектов в различных зарядовых состояниях. Рассмотрены следующие дефекты: антиструктурные, атомы в междоузлии, вакансионные, примеси углерода и кислорода, а также комплексные “примесь + вакансия”. Проведен анализ конфигураций молекулярных орбиталей для исследованных дефектов. Обнаружено, что в большинстве рассмотренных случаев водород более активно взаимодействует с атомами азота; фтор проявляет большую активность по отношению к атомам бора.

Ключевые слова: гексагональный нитрид бора, квантово-химическое моделирование, точечные дефекты, хемосорбция

Начиная со времени синтеза [1, 2] наноструктуры гексагонального нитрида бора (h-BN) вызывают интерес в связи с их уникальными свойствами, а также многочисленными возможными применениями. Нанолисты h-BN, состоящие из монослоя или нескольких слоев, обладают структурой “honeycomb-like”, аналогичной графиту, в которой чередующиеся атомы азота и бора замещают атомы углерода [3]. Слоистые наноструктуры h-BN характеризуются большими величинами ширины запрещенной зоны и высокими механическими свойствами [4], обладают термической и химической стабильностью [5–7], высокой теплопроводностью [7]. В отличие от C–C-связей графена, химические B–N-связи являются частично ионными, вследствие чего наноструктуры на основе h-BN обладают хорошими адсорбционными свойствами [8, 9].

Экспериментальные исследования спектров катодолюминесценции показали, что монокристаллы гексагонального нитрида бора обладают точечными (собственными и примесными) дефектами [10]. Изучению собственных и примесных точечных дефектов в гексагональном нитриде бора методом расчетов в рамках теории функционала плотности (DFT) посвящен ряд работ. Авторы [11] исследовали относительную энергетическую стабильность точечных дефектов в нейтральном зарядовом состоянии. Исследованы следующие дефекты: антиструктурные; вакансии по бору и азоту; атом углерода в позиции замещения бора/азота. В [12–14] исследованы электронные и магнитные свойства одиночных вакансий и дивакансий, а также параметры их диффузии. Мультивакансии треугольной формы в нейтральном и заряженном состоянии исследованы в [15]. Авторы [16] теоретически исследовали влияние мультивакансий на морфологию и электронную структуру монослоев h-BN.

Примесные дефекты в гексагональном нитриде бора также были объектом теоретических DFT-исследований. Электронная структура монослоев h-BN с примесными атомами углерода рассмотрена в [17–19]. Магнитные, тепловые и механические свойства листов h-BN, содержащих примесные атомы углерода, изучены в [20]. Недавние систематические исследования показали, что электронные свойства монолистов BN закономерно изменяются при легировании и функционализации атомами кислорода [21].

Известно, что функционализация поверхности, как и точечные дефекты, оказывает влияние на свойства гексагонального нитрида бора. Важными частицами, взаимодействующими с листами h-BN, являются атомы водорода и фтора. DFT-расчетам монолистов h-BN с адсорбированными F/H атомами посвящен ряд исследований. В работе [22] изучены стабильность, структура, электронные и магнитные свойства полностью и наполовину гидрированной и фторированной поверхности. Позже авторы [23] обнаружили, что свойства гидрированных и фторированных листов h-BN изменяются при вариации концентрации носителей заряда. Авторы [24] исследовали изменение энергетического спектра и магнитных свойств при фторировании h-BN-нанолент. Недавно было обнаружено нелинейное изменение ширины запрещенной зоны в зависимости от концентрации F при фторировании h-BN [25]. Параметры адсорбции ряда атомов рассчитывались в [26].

Взаимосвязь дефектной структуры и адсорбционных свойств имеет особенное значение для пористых наноструктур на основе гексагонального нитрида бора в связи с возможным применением их для очищения водных ресурсов от загрязняющих молекул [8], а также захвата CO2 [27]. Геометрические, энергетические, электронные и магнитные свойства вакансий, пассивированных водородом и кислородом, изучались в [28]. Позже было исследовано влияние вакансий различного типа на электронные и магнитные свойства полностью гидрированного листа BN [29].

Авторы [30] теоретически исследовали энергетические и электронные свойства собственных и примесных (углерод, кислород, водород) точечных дефектов h-BN в различных зарядовых состояниях, а также рассмотрели параметры их диффузии. Для оценки концентрации дефектов авторы принимали во внимание ее экспоненциальную зависимость от энергии образования, а также температуры синтеза T гексагонального нитрида бора в диапазоне 700–1300 K. Согласно оценкам, концентрация дефектов несущественна при значениях энергии их образования выше 2.6 эВ (T = 1300 K) или 1.4 эВ (T = 700 K). На основании полученных закономерностей можно выделить некоторые из рассмотренных точечных дефектов, для которых энергия образования может быть меньше 2.6 эВ. Поскольку такие дефекты могут присутствовать в листах h-BN, важной задачей является определение их влияния на адсорбционные свойства поверхности. Цель настоящей работы – исследование взаимодействия соответствующих точечных дефектов с атомами водорода и фтора методами квантовой химии. Поверхность h-BN может содержать различные адсорбированные функциональные группы, однако, водород и фтор могут быть использованы для определения общего эффекта пассивации.

МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ

Мы использовали подход, успешно примененный ранее при теоретическом исследовании адсорбционных свойств графена [31] и пористых h‑BN нанолистов [32]. Кластер B48N48H24 использовали в качестве модельной системы. Точечные дефекты создавали путем удаления атомов бора или азота из центральной части кластера, замены их на атомы примеси или добавления “лишнего” атома. Использовали полуэмпирические схемы, включенные в программный пакет MOPAC [33], неограниченный метод Хартри–Фока и приближение PM6. В стационарных точках системы средние градиенты на атомах не превышали 0.02 эВ/Å. Для моделирования процессов адсорбции использовали расчет координаты реакции, подробное описание которого содержится в работах [34–38]. Значение энергии связи Eb атома с кластером рассчитывали по формуле:

${{E}_{{\text{b}}}} = {{E}_{{{\text{sys}}}}} - \left( {{{E}_{{{\text{BN}}}}} + {{E}_{{\text{A}}}}} \right),$
где EBN и EA – полные энергии чистого кластера B48N48H24 и изолированного атома водорода/фтора; Esys – полная энергия системы “кластер + адсорбированный атом”. Таким образом, связанным состояниям соответствуют отрицательные значения Eb.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Антиструктурные дефекты

N(B)0. Рисунок 1 иллюстрирует атомную структуру дефекта “атом азота в позиции атома бора”. Длина B–N-связи для упорядоченной поверхности равна 1.44 Å. Замена одного атома B на атом N приводит к изменению атомной структуры, затрагивающей в основном ближайшее окружение дефекта. Расстояние N1–N2 сокращается по сравнению с упорядоченной поверхностью до 1.41 Å, длина связи N2–B1 увеличивается до 1.47 Å. Изначально на атоме бора был положительный заряд +0.32 e; после замены его на атом азота N1 величина заряда уменьшилась до +0.18 e. Кроме того, отмечается уменьшение величины отрицательного заряда атома N2, а также остальных ближайших соседей к дефекту атомов азота (от –0.32 e до –0.30 e). На атоме N1 локализована несвязывающая орбиталь со значительной p-составляющей, ориентированной перпендикулярно плоскости листа. Эта орбиталь не принимает участия в образовании химических связей с атомами ближайшего окружения. Таким образом, атом N1 может быть потенциальным центром адсорбции для частиц, приближающихся к листу h‑BN.

Рис 1.

Фрагмент кластера h-BN, содержащего антиструктурные дефекты: по азоту (слева) и по бору (справа).

N(B)+1. При появлении положительного заряда на рассматриваемом дефекте заряд N1 увеличивается до +0.46 e, связи N1–N2 и аналогичные усиливаются. Увеличение заряда атома N1 приводит к усилению полярности ковалентных связей ближайшего окружения (N1–N2, N2–B1 и аналогичных). Несвязывающая орбиталь, локализованная на атоме N1, становится однократно занятой и может быть потенциальным адсорбционным центром.

B(N)–1. Рисунок 1 иллюстрирует конфигурацию антиструктурного дефекта “атом бора в позиции атома азота”. Большая часть отрицательного заряда (–0.51 e) в этом дефекте сосредоточена на атоме бора B1, замещающем атом азота. Положительный заряд на атомах бора (ближайших соседях) уменьшается до +0.11 e; полярность связей B2–N1 (и аналогичных) уменьшается по сравнению с упорядоченной нейтральной поверхностью. “Лишний” электрон находится на многоцентровой МО, являющейся высшей зянятой орбиталью (HOMO). Эта орбиталь наполовину занята и может быть центром адсорбции H/F.

B(N)+1. В положительном зарядовом состоянии на атоме B1 сосредоточен положительный заряд +0.30 e. На атомах бора (ближайших соседях) локализован суммарный заряд +0.43 e. Однократно занятой становится МО, связывающая атомы B1 и B2. Расстояние между атомами B1–B2, образующими σ-связь, увеличивается до 1.74 Å, две других аналогичных связи между атомами бора удлиняются до 1.61 Å. Соответственно расстояния до ближайших атомов азота уменьшаются. Таким образом, разрыхление межатомных связей в области дефекта свидетельствует о наличии адсорбционного центра.

В соответствии с анализом конфигураций МО, атомами – адсорбционными центрами для H и F были выбраны атом N1 дефекта N(B) и атом B1 дефекта B(N) (рис. 1). Рассмотрим взаимодействие водорода с антиструктурными дефектами. Анализ величин энергии активации Eact и теплоты хемосорбции (энергии связи) Eb указывает на повышение активности дефекта N(B) при появлении на нем положительного заряда по сравнению с нейтральным состоянием: величины Eact и Eb уменьшаются. Очевидно, причина различия – наличие незаполненной орбитали, локализованной на атоме N1 в зарядовом состоянии N(B)+1. Эта орбиталь становится полностью заполненной при образовании ковалентной связи H–N1. В нейтральном состоянии N(B) все МО, связывающие атомы области дефекта, полностью заполнены, и для образования новой связи необходима энергия активации для регибридизации атомных орбиталей N1. Различие в значениях Eb для положительно и отрицательно заряженных состояний B(N) можно объяснить тем, что в случае присоединения H к дефекту B(N)–1 полностью заполняется высокоэнергетичная орбиталь HOMO. Для дефекта B(N)+1 в результате образования связи H–B1 насыщается МО, находящаяся в глубине энергетического спектра. Соответственно хемосорбция на атом В1 приводит к более устойчивому состоянию H на поверхности кластера, если антиструктурный дефект B(N) заряжен отрицательно. Однако, следует отметить, что все рассмотренные заряженные состояния обладают одинаково высокой реактивностью (Eact < 0.1 эВ).

В отличие от водорода, фтор не образует хемосорбированного состояния на нейтральном дефекте N(B). Адсорбционные кривые взаимодействия фтора с заряженными дефектами аналогичны зависимостям для водорода. Приведенные выше рассуждения являются общими для дальнейшего рассмотрения процессов взаимодействия водорода и фтора с атомами кластера.

Атом азота в позиции междоузлия

Согласно расчетам работы [30], бор в позиции междоузлия локализован между слоями h-BN, поэтому мы не рассматривали его в нашей работе, посвященной исследованию адсорбционных свойств дефектов монослоя. Дефект “атом азота в позиции междоузлии“ (Ni) представляет собой конфигурацию, подобную молекуле N2, замещающей одиночный атом азота (рис. 2).

Рис 2.

Фрагмент кластера h-BN, содержащего атом азота в позиции междоузлия: вид сверху (слева) и сбоку (справа).

$N_{i}^{{ - 1}}$. В отрицательно заряженном состоянии дефекта “лишний” электрон находится на МО, связывающей атомы N1 и B1. Эта орбиталь, наполовину занятая в нейтральном состоянии дефекта, становится полностью заполненной при появлении дополнительного заряда. Соответственно увеличивается отрицательный заряд, локализованный на N1 (от –0.22 e до –0.33 e), а также уменьшается положительный заряд атомов бора B1–B3 (от +0.40 e до +0.31 e). Таким образом, дополнительная электронная плотность в основном локализована на атомах области дефекта. Атомы N1 и N2 образуют одинарную σ-связь с длиной 1.64 Å; соответствующая связывающая МО ориентирована по линии N1–N2 (перпендикулярно листу) и содержит два pz-электрона. Атом N1 образует три одинаковые σ-связи с ближайшими соседями – атомами бора B1–B3. Одна из связей (в данном случае N1–B2) формируется по донорно-акцепторному механизму, две остальные N1–B1(B3) – по обменному механизму. Подобным образом формируются связи N2–B1(B2, B3).

Моделирование адсорбции показало, что характер взаимодействия атомов водорода и фтора существенно различается. Во всех случаях атом N1 был выбран в качестве адсорбционного центра. Водород почти безактивационно хемосорбируется на поверхности c образованием прочной ковалентной связи N1–H, атом N1 остается связанным с поверхностью тремя σ-связями N1–B1(B2, B3). Активным центром адсорбции остается атом N2, на котором локализована незаполненная орбиталь.

При приближении атома F к адсорбционному центру связь N1–B2 разрушается; формируется фрагмент FN1 (Eact = 0.65 эВ), связанный с поверхностью только двумя оставшимися связями N1–B1(B3) и имеющий оборванную связь на атоме азота. Таким образом, состояние дефекта $N_{{\text{i}}}^{{ - 1}}$ становится неустойчивым в присутствии атомарного фтора в непосредственной близости от поверхности.

Вакансионный дефект

$V_{N}^{ + }$. Рисунок 3 иллюстрирует вакансионный дефект по азоту (VN). В положительно заряженном состоянии отмечается увеличение суммарного заряда приблизительно на +0.4 e на атомах бора B1–B5 (и аналогичных из ближайшего окружения ${\text{V}}_{{\text{N}}}^{{\text{ + }}}$) по сравнению с нейтральной упорядоченной поверхностью. Одновременно усиливается полярность B–N-связей по периметру вакансии. Особенность дефекта – наличие многоцентровой МО, в образование которой атом бора B1 и два аналогичных атома B4, B5 вносят эквивалентные вклады. Эта МО полностью заполнена и формирует слабые парные σ-связи B1–B4–B5.

Рис 3.

Вакансия по азоту с адсорбированным атомом водорода (слева), атомом фтора (справа).

Для водорода процесс хемосорбции на дефекте происходит почти без активации. В случае присоединения фтора сначала образуется метастабильное состояние (Eact = 0.25 эВ), в котором атом F хемосорбирован на одном из атомов бора по периметру вакансии (например, B1). Переход в устойчивое состояние (рис. 3) нуждается в энергии активации около 0.5 эВ. В табл. 1 суммированы результаты расчетов.

Таблица 1.

Параметры хемосорбции водорода и фтора на собственных дефектах (к рис. 1– 3)

Дефект X Eact, эВ Eb, эВ d(H–X), d(F–X), Å q(H), q(F), e q(X), e
H F H F H F H F H F
N(B)0 N1 0.30 * –1.48 –1.29 1.07 1.57 +0.23 –0.37 +0.33 +0.62
N(B)+1 N1 <0.1 0.85 –1.84 –0.89 1.09 1.54 +0.24 –0.30 +0.60 +0.79
B(N)–1 B1 <0.1 * –3.76 –5.80 1.20 1.39 +0.19 –0.27 –0.89 –0.15
B(N)+1 B1 <0.1 <0.1 –2.66 –5.47 1.19 1.32 +0.08 –0.23 –0.10 +0.26
${\text{N}}_{i}^{{ - 1}}$ N1 <0.1 0.65 –2.73 –1.89 1.00 1.37 +0.24 –0.08 –0.41 –0.21
${\text{V}}_{{\text{N}}}^{{\text{ + }}}$ B1 <0.1 0.75 –3.38 –6.51 1.40 1.56 +0.09 –0.08 +0.16 +0.38
B4 1.67 1.57 +0.65 +0.38
B5 1.45 1.52 +0.11 +0.37

Обозначения: Х – адсорбционный центр, d – равновесное межатомное расстояние, q – заряд, * – значение не рассчитывалось.

Примесные дефекты

C(N)0. Рисунок 4 иллюстрирует структуру дефекта “атом углерода в позиции замещения атома азота”. В нейтральном состоянии дефекта атом углерода имеет слабый отрицательный заряд (менее –0.1 e). На атоме C1 локализована занятая наполовину HOМО, он образует ковалентные σ‑связи с ближайшими соседями (N1). Появление атома углерода приводило к уменьшению полярности связей ближайшего окружения (B1–N1).

Рис 4.

Атом углерода, замещающий атом азота (слева) и бора (в центре); атом кислорода, замещающий атом азота (справа).

C(N)–1. В отрицательно заряженном состоянии дефекта HOMO становится полностью занятой. Вклад орбиталей атомов бора (ближайших соседей к C1) в составе HOMO увеличивается. Соответственно усиливаются связи C1–B1 и аналогичные. По сравнению с нейтральным дефектом отрицательный заряд атома C1 увеличивается до –0.23 e, отмечается также увеличение электронной плотности на атомах ближайшего окружения.

C(B)0. В нейтральном состоянии дефекта на атоме углерода локализован положительный заряд +0.13 e. Таким образом, часть электронной плотности перемещается к соседним атомам N1, в соответствии с соотношением электроотрицательностей между углеродом и азотом. HOMO полностью локализована на атоме углерода и имеет большую pz-составляющую, ориентированную перпендикулярно плоскости листа. Эта орбиталь занята одним электроном и соответственно может участвовать в образовании химической связи с адсорбирующейся частицей.

C(B)+1. В положительно заряженном дефекте основной заряд (+0.54 e) сосредоточен на атоме углерода. Величина разноименных зарядов на атомах ближайшего окружения (N1, B1) увеличивается, таким образом, усиливается полярность химических связей. HOMO полностью занята и локализована на атоме азота, удаленном от дефекта.

O(N)+1. При встраивании в гексагональную решетку BN нейтральный атом кислорода имеет один ”лишний” электрон по сравнению с атомом азота. В положительно заряженном состоянии дефекта “атом кислорода, замещающий атом азота” этот электрон отсутствует. Три электрона атома O1 (рис. 4) соответствуют гибридным орбиталям с большой s-составляющей. Соответственно формируются три полярные ковалентные связи с соседними атомами бора (B1). Распределение заряда таково, что основной положительный заряд сосредоточен не на атоме O1 с одним отсутствующим электроном, а на ближайших соседях – атомах бора (B1). Таким образом, электронная плотность оттянута к кислороду, более электроотрицательному элементу, чем бор. Два оставшихся электрона атома O1 находятся на низкоэнергетичной МО.

Наиболее активными центрами присоединения для атомов H/F служат дефекты C(N)0 и C(B)0, имеющие незаполненные HOMO на атоме C1 (рис. 4). Адсорбция на этот атом происходит безактивационно. Хемосорбция на дефект C(N)–1, имеющий полностью заполненную HOMO, нуждается в энергии активации для регибридизации орбиталей атома C1.

Моделирование адсорбции на положительно заряженные дефекты C(B)+, O(N)+ не привело к образованию устойчивых состояний атомов на поверхности. Очевидно, причина этого – отсутствие как незаполненных орбиталей, так и заполненных высокоэнергетичных (HOMO), локализованных на атомах C и O. Таким образом, как отрицательный, так и положительный заряд на рассмотренных примесных дефектах значительно снижает их реактивность. В табл. 2 суммированы результаты расчетов.

Таблица 2.

Параметры хемосорбции водорода и фтора на примесных дефектах (к рис. 4)

Дефект X Eact, эВ Eb, эВ d(H–X), d(F–X), Å q(H), q(F), эВ q(X), e
H F H F H F H F H F
C(N)0 С1 <0.1 <0.1 –3.72 –4.24 1.12 1.37 +0.17 –0.18 –0.34 +0.04
C(N)–1 С1 0.14 * –0.81 –2.26 1.16 1.37 +0.21 –0.27 –0.33 +0.28
C(B)0 С1 <0.1 * –2.46 –3.55 1.15 1.41 +0.11 –0.31 +0.44 +0.69

Обозначения: d – равновесное межатомное расстояние, q – заряд, * – значение не рассчитывалось.

Комплексный дефект

(VB–ON)–1. Рисунок 5 иллюстрирует атомную структуру комплексного дефекта “вакансия по бору + атом кислорода, замещающий атом азота”. Оптимизация геометрии привела к конфигурации, в которой основной заряд локализован на атоме кислорода O1 (–0.42 e) и на атоме азота N2 области вакансии (–0.52 e). Атом N4 имеет меньший заряд (–0.15 e). Необходимо отметить, что в нейтральном состоянии дефекта распределение заряда на N2 и N4 было одинаковым (–0.23 e). Атом кислорода O1 образует две σ-связи c соседними атомами бора (B1 и аналогичный). Кроме того, на нем локализованы две несвязывающие полностью заполненные МО: spx-гибридная с большой s-составляющей и pz-орбиталь. “Лишняя” электронная плотность локализована на полностью заполненной sp-орбитали атома азота N2. Соответственно, аналогичная орбиталь атома N4 заполнена наполовину. Различие в распределении зарядов на атомах N2 и N4 приводит к различию в расстояниях O1–N2 и O1–N4.

Рис 5.

Комплексный дефект “вакансия по бору + атом кислорода”.

(VB–ON)–2. Появление второго “лишнего” электрона привело к восстановлению симметрии в распределении зарядов на атомах N2, N4. Второй электрон полностью заполняет несвязывающую орбиталь атома N4, конфигурация которой почти не изменилась. Расстояния O1–N2 и O1–N4 становятся одинаковыми.

При исследовании процессов адсорбции мы рассматривали три различных адсорбционных центра: атомы O1, B1, N4. Моделирование не приводит к образованию связей F–O1 в обоих зарядовых состояниях, а также связи H–O1 для дефекта (VB–ON)–2. При хемосорбции на атом N4 наиболее устойчивые состояния формируются в конфигурации (VB–ON)–1. Очевидно, причиной является наличие локализованной на нем незаполненной орбитали. В табл. 3 суммированы результаты расчетов.

Таблица 3.

Параметры хемосорбции водорода и фтора на комплексных дефектах (к рис. 5)

Дефект X Eact, эВ Eb, эВ d(H–X), d(F–X), Å q(H), q(F), e q(X), e
H F H F H F H F H F
(VB–ON)–1 O1 0.19 ‒ –0.84 ‒ 0.96 ‒ +0.35 ‒ –0.19 ‒
B1 <0.1 * –0.1 –3.65 1.42 1.40 +0.13 –0.38 +0.36 +0.49
N4 0.15 <0.1 –5.10 –2.86 1.07 1.38 +0.37 +0.05 –0.41 –0.26
(VB–ON)–2 B1 0.27 * –1.18 –4.21 1.21 1.40 +0.04 –0.39 +0.10 +0.47
N4 1.21 * –2.00 –2.37 1.06 1.41 +0.25 +0.02 –0.31 –0.22

Обозначения: d – равновесное межатомное расстояние, q – заряд, * значение не рассчитывалось; – связанного состояния не образуется.

Таким образом, основное влияние зарядового состояния рассмотренных дефектов заключается в перестройке электронной структуры атомов области дефектов, поскольку появление (исчезновение) незаполненных орбиталей повышает (снижает) реактивность соответствующего участка поверхности. В большинстве рассмотренных случаев водород более активно взаимодействует с атомами азота; фтор проявляет большую активность по отношению к атомам бора.

Результаты проведенного исследования могут быть использованы для постановки, осуществления и интерпретации экспериментов, связанных с физико-химическими процессами на поверхности гексагонального нитрида бора. Поскольку водород и фтор входят в состав многих загрязняющих молекул (например, толуола, этиленгликоля, этанола, фторводорода, неорганических фторидов), полученные данные могут быть полезны при разработке технологий очистки водных ресурсов с помощью новых эффективных адсорбентов на основе гексагонального нитрида бора.

Известно, что листы h-BN, легированные кислородом, служат перспективными материалами для хранения водорода [39]. Однако взаимодействие молекулярного водорода с рассмотренными дефектами в зависимости от их зарядового состояния остается неизученным. Возможно, дальнейшее теоретическое исследование в этом направлении будет полезным для прояснения механизмов взаимодействия H2 с поверхностью гексагонального нитриды бора на атомном уровне.

Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП ”Исследования наноструктурных, углеродных и сверхтвердых материалов“ (ЦКП ФГБНУ ТИСНУМ), поддержанного Минобрнауки России в рамках выполнения соглашения № 14.593.21.0007 от 28.08.2017, ID RFMEFI59317X0007.

Список литературы

  1. Corso M., Auwarter W., Muntwiler M. et al. // Science. 2004. V. 303. P. 217.

  2. Novoselov K.S., Jiang D., Schedin F. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005. V. 102. P. 10451.

  3. Pakdel A., Bando Y., Golberg D. // Chem. Soc. Rev. 2014. V. 43. P. 934.

  4. Song L., Ci L., Lu H. et al. // Nano Lett. 2010. V. 10. P. 3209.

  5. Li L.H., Cervenka J., Watanabe K. et al. // ACS Nano. 2014. V. 8. P. 1457.

  6. Zhao Y., Wu X., Yang J. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2012. V. 14. P. 5545.

  7. Wang X., Pakdel A., Zhang J. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2012. V. 7. P. 662.

  8. Weng Q., Wang X., Zhi C. et al. / ACS Nano. 2013. V. 7. P. 1558.

  9. Lei W., Portehault D., Liu D. et al. // Nat. Commun. 2013. V. 4. P. 1777.

  10. Lukomskii A., Shipilo V., Gameza L. // J. Appl. Spectrosc. 1992. V. 57. P. 607.

  11. Azevedo S., Kaschny J.R., de Castilho C.M.C. et al. // Nanotechnology (2007) V. 18. P. 495707.

  12. Si M.S., Xue D.S. // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 193409.

  13. Si M.S., Li J.Y., Shi H.G. et al. // EPL. 2009. V. 86. P. 46002.

  14. Zobelli A., Ewels C.P., Gloter A. et al. // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 094104.

  15. Yin L.-C., Cheng H.-M., Saito R. // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. P. 153407.

  16. Kim D.-H., Kim H.-S., Song M.-W. et al. // Nano Convergence. 2017. V. 4. P. 13.

  17. Berseneva N., Gulans A., Krasheninnikov A.V. et al. // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. P. 035404.

  18. Berseneva N., Komsa H.-P., Vierimaa V. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2017. V. 29. P. 415301.

  19. Xie W., Yanase T., Nagahama T. et al. // Journal of  Carbon Research. 2016. V. 2. P. 2.

  20. Choudhuri I., Pathak B. // ChemPhysChem. 2018. V. 19. P. 153.

  21. Weng Q., Kvashnin D.G., Wang Xi. et al. // Adv. Mater. 2017. V. 29. P. 1700695.

  22. Zhou J., Wang Q., Sun Q. et al. // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. P. 085442.

  23. Zhang Z., Guo W. // J. Phys. Chem. Lett. 2011. V. 2. P. 2168.

  24. Wang Y., Ding Y., Ni J. // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. P. 193407.

  25. Radhakrishnan S., Das D., Atanu S. et al. // Sci. Adv. 2017. V. 3. P. e1700842.

  26. Luo M., Yin H.H., Chu J.H. // JETP Letters. 2018. V. 107. P. 163.

  27. Chen S., Li P., Xu S. et al. // J. Mater. Chem. A. 2018. V. 6. P. 1832.

  28. Cui Y., Tang Q., Li Y. et al. // J. Comput. Theor. Nanos. 2011. V. 8. P. 1513.

  29. You Y. // J. Theor. Comput. Chem. 2017. V. 16. P. 1750033.

  30. Weston L., Wickramaratne D., Mackoit M. et al. // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. P. 214104.

  31. Lvova N.A., Ananina O.Yu. // Comp. Mater. Sci. 2015. V. 101. P. 287.

  32. Lvova N.A., Ananina O.Yu. // Comp. Mater. Sci. 2016. V. 115. P. 11.

  33. MOPAC2016, HTTP://OpenMOPAC.net/, Version 16.158W, J.J.P. Stewart, Stewart Computational Chemistry, Colorado Springs, CO, USA.

  34. Ponomarev O., Lvova N., Ryazanova A. // Surface Innovations. 2017. V. 6. P. 71.

  35. Lvova N., Ryazanova A., Ananina O. et al. // Diam. Relat. Mater. 2017. V. 75. P. 110.

  36. Lvova N.A., Ananina O.Yu., Ryazanova A.I. // Comp. Mater. Sci. 2016. V. 124. P. 30.

  37. Рязанова А.И., Львова Н.А. // Журн. физ. химии. 2019. V. 93. P. 587.

  38. Annenkov M.R., Lvova N.A., Popkov D.O. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2019. V. 93. P. 889.

  39. Lei W., Zhang H., Wu Y. et al. // Nano Energy 2014. V. 6. P. 219.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал физической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал