name: Компьютерное моделирование наноматериалов на основе углерода для применения в водородной энергетике
keyword_list: низкоразмерные углеродные наноматериалы водородные хранилища адсорбция водорода сорбция металлов теория функционала плотности ab initio моделирование
abstract: Методами компьютерного моделирования исследованы сорбционные свойства чистых и декорированных атомами металлов низкоразмерных углеродных материалов (1D: углеродные нанотрубки и карбин; 2D: γ1-графдиин и β2-графдиин) по отношению к молекулярному водороду. В методе функционала электронной плотности использовались два подхода к разложению волновой функции системы: плоские волны (пакет VASP) и атомноподобные орбитали (пакет SIESTA). Показано, что для рассмотренных в работе систем можно добиться согласия результатов расчетов с помощью следующих мероприятий, касающихся реализации метода сильной связи в пакете SIESTA: 1) параметры базиса атомноподобных орбиталей следует оптимизировать для каждой новой исследуемой системы; 2) в слабосвязанных системах необходимо корректировать ошибку суперпозиции базисных наборов. Показано, что для атомов всех рассмотренных щелочных и щелочноземельных металлов (Li, Na, K, Ca) расчетные энергии связи с углеродной структурой превышают их энергии когезии в объемной фазе, что указывает на низкую вероятность образования кластеров. Вероятность кластеризации адатомов переходных металлов (никеля) ожидается высокой, поскольку здесь энергия связи оказывается меньше энергии когезии. Взаимоотношение между этими энергиями можно обратить путем легирования углеродного каркаса бором. Показано, что декорирование атомами металлов значительно увеличивает энергии связи молекул водорода по сравнению с чистыми углеродными материалами. Но только декорирование атомами Li, Ca и Ni дает энергии связи в желательном диапазоне. Также заметное влияние на энергию связи водорода оказывает влияет геометрия адсорбирующей поверхности: на вогнутой поверхности она больше, чем на выпуклой. Если объем, где могут располагаться молекулы Н2, ограничен, необходимо тщательно оценивать стерические эффекты, поскольку даже при подходящей энергии связи итоговая водородная емкость может оказаться малой. В итоге, перспективными материалами для водородных хранилищ являются материалы на основе низкоразмерных углеродных структур, декорированных литием и кальцием, обладающие водородными емкостями, превышающими требуемые 6,5 масс. %.
chairman_dissertation_council.name: Герман
chairman_dissertation_council.surname: Вяткин
chairman_dissertation_council.patronymic: Платонович
chairman_dissertation_council.position: президент
chairman_dissertation_council.degree: Доктор химических наук
chairman_dissertation_council.rank: Член-корреспондент РАН
chairman_dissertation_council.wos_research_id: M-3492-2018
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6603808855
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Александр
organization_supervisor.surname: Шестаков
organization_supervisor.patronymic: Леонидович
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 29.29.41
rubrics.name: Взаимодействие атомов и молекул со средой
rubrics.code: 29.19.22
rubrics.name: Физика наноструктур. Низкоразмерные структуры. Мезоскопические структуры
oecds.code: 01.03.UH
oecds.name: PHYSICS, ATOMIC, MOLECULAR & CHEMICAL
oecds.code: 01.03.UK
oecds.name: PHYSICS, CONDENSED MATTER
speciality_codes.name: Физика конденсированного состояния
speciality_codes.code: 01.04.07
supervisors.fio: Бескачко В.П.
supervisors.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Физическая химия
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Тюрин Ю.И.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Беленков Е.А.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Физика конденсированного состояния
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГАОУ ВО "ЮУрГУ" (НИУ), Южно-Уральский государственный университет
protection_organization.name: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный  исследовательский университет)"
protection_organization.ogrn: 1027403857568
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: ФГАОУ ВО "ЮУрГУ" (НИУ), Южно-Уральский государственный университет
author_organization.name: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный  исследовательский университет)"
author_organization.ogrn: 1027403857568
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения