|
|
Density functional theory calculations of the metal-doped carbon nanostructures as hydrogen storage systems under electric fields: A review |
Zhi-wei ZHANG (张志伟), Jian-chen LI (李建忱, ), Qing JIANG (蒋青, ) |
Key Laboratory of Automobile Materials, Ministry of Education, and School of Materials Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China |
|
|
Abstract This review covers structural, electronic, and hydrogen storage properties of carbon-based materials with doped metals under electric fields with different orientations and intensities, which are determined by density functional theory (DFT) simulations. The special application case is considered in investigating variations of electronic structures, binding, and hydrogen storage properties. External fields that are often met in practical applications lead to changes of the above properties.
|
Keywords
hydrogen storage materials
electric field
first-principles calculations
|
Corresponding Author(s):
Jian-chen LI (李建忱),Email:ljc@jlu.edu.cn; Qing JIANG (蒋青),Email:jiangq@jlu.edu.cn
|
Issue Date: 05 June 2011
|
|
1 |
S. A. Shevlin and Z. X. Guo, Chem. Soc. Rev. , 2009, 28(1): 211
|
2 |
A. Züttel, Mater. Today , 2003, 6(9): 24
|
3 |
R. Coontz and R. Hanson, Science , 2004, 305(5686): 957
|
4 |
A. Züttel and S. Orimo, MRS Bull. , 2002, 27(9): 705
|
5 |
S. Banerjee, S. Murad, and I. K. Puri, Proc. IEEE , 2006, 94(10): 1806
|
6 |
Q. Sun, P. Jena, Q. Wang, and M. J. Marquez, J. Am. Chem. Soc. , 2006, 128(30): 9741
|
7 |
J. F. Stampfer, C. E. Holley, and J. F. Suttle, J. Am. Chem. Soc. , 1960, 82(14): 3504
|
8 |
S. H. Jhi, Phys. Rev. B , 2006, 74(15): 155424
|
9 |
G. E. Froudakis, Nano Lett. , 2001, 1(10): 531
|
10 |
I. Cabria, M. J. López, and J. A. Alonso, J. Chem. Phys. , 2005, 123(20): 204721
|
11 |
S. H. Jhi, Catal. Today , 2007, 120(3-4): 383
|
12 |
X. J. Wu, Y. Gao, and X. C. Zeng, J. Phys. Chem. C , 2008, 112(22): 8458
|
13 |
L. Chen, Y. Zhang, N. Koratkar, P. Jena, and S. K. Nayak, Phys. Rev. B , 2008, 77(3): 033405
|
14 |
C. Liu, Y. Y. Fan, M. Liu, H. T. Cong, H. M. Cheng, and M. S. Dresselhaus, Science , 1999, 286(5442): 1127
|
15 |
O. V. Pupysheva, A. A. Farajian, and B. I. Yakobson, Nano Lett. , 2008, 8(3): 767
|
16 |
K. R. S. Chandrakumar and S. K. Ghosh, Nano Lett. , 2008, 8(1): 13
|
17 |
M. I. Rojas and E. P. M. Leiva, Phys. Rev. B , 2007, 76(15): 155415
|
18 |
J. B. Oostinga, H. B. Heersche, X. L. Liu, A. F. Morpurgo, and L. M. K. Vandersypen, Nat. Mater. , 2008, 7(2): 151
|
19 |
A. K. Geim and K. S. Novoselov, Nat. Mater. , 2007, 6(3): 183
|
20 |
A. Lherbier, X. Blase, Y. M. Niquet, F. Triozon, and S. Roche, Phys. Rev. Lett. , 2008, 101(3): 036808
|
21 |
L. Schlapbach and A. Züttel, Nature , 2001, 414(6861): 353
|
22 |
K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science , 2004, 306(5696): 666
|
23 |
S. Patchkovskii, J. S. Tse, S. N. Yurchenko, L. Zhechkov, T. Heine, and G. Seifert, Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 2005, 102(30): 10439
|
24 |
E. Durgun, S. Ciraci, and T. Yildirim, Phys. Rev. B , 2008, 77(8): 085405
|
25 |
T. Roman, W. A. Dino, H. Nakanishi, H. Kasai, T. Sugimoto, and K. Tange, Carbon , 2007, 45(1): 218
|
26 |
D. Li, M. B. Müller, S. Gilje, R. B. Kaner, and G. G. Wallace, Nat. Nanotechnol. , 2008, 3(2): 101
|
27 |
C. Lee, X. Wei, J. W. Kysar, and J. Hone, Science , 2008, 321(5887): 385
|
28 |
U. Sahaym and M. G. Norton, J. Mater. Sci. , 2008, 43(16): 5395
|
29 |
S. Orimo, A. Züttel, L. Schlapbach, G. Majer, T. Fukunaga, and H. Fujii, J. Alloys Comp. , 2003, 356: 716
|
30 |
W. Liu, Y. H. Zhao, Y. Li, Q. Jiang, and E. J. Lavernia, J. Phys. Chem. C , 2009, 113(5): 2028
|
31 |
E. Klontzas, A. Mavrandonakis, E. Tylianakis, and G. E. Froudakis, Nano Lett. , 2008, 8(6): 1572
|
32 |
W. Q. Deng, X. Xu, and W. A. Goddard, Phys. Rev. Lett. , 2004, 92(16): 166103
|
33 |
E. Durgun, S. Ciraci, W. Zhou, and T. Yildirim, Phys. Rev. Lett. , 2006, 97(22): 226102
|
34 |
Z. M. Ao and F. M. Peeters, Phys. Rev. B , 2010, 81(20): 205406
|
35 |
Z. W. Zhang, J. C. Li, and Q. Jiang, J. Phys. Chem. C , 2010, 114(17): 7733
|
36 |
G. Mpourmpakis, E. Tylianakis, and G. E. Froudakis, Nano Lett. , 2007, 7(7): 1893
|
37 |
A. Nikitin, X. Li, Z. Zhang, H. Ogasawara, H. Dai, and A. Nilsson, Nano Lett. , 2008, 8(1): 162
|
38 |
C. Ataca, E. Akturk, S. Ciraci, and H. Ustunel, Appl. Phys. Lett. , 2008, 93(4): 043123
|
39 |
Z. M. Ao, Q. Jiang, R. Q. Zhang, T. T. Tan, and S. Li, J. Appl. Phys. , 2009, 105(7): 074307
|
40 |
P. Chen, X. Wu, J. Lin, and K. L. Tan, Science , 1999, 285(5424): 91
|
41 |
R. T. Yang, Carbon , 2000, 38(4): 623
|
42 |
F. E. Pinkerton, B. G. Wicke, C. H. Olk, G. G. Tibbetts, G. P. Meisner, M. S. Meyer, and J. F. Herbst, J. Phys. Chem. B , 2000, 104(40): 9460
|
43 |
T. Yildirim and S. Ciraci, Phys. Rev. Lett. , 2005, 94(17): 175501
|
44 |
Z. Zhou, J. J. Zhao, X. P. Gao, Z. F. Chen, J. Yan, P. R. Schleyer, and M. Morinaga, Chem. Mater. , 2005, 17(5): 992
|
45 |
S. Dag, Y. Ozturk, S. Ciraci, and T. Yildirim, Phys. Rev. B , 2005, 72(15): 155404
|
46 |
J. W. Lee, H. S. Kim, J. Y. Lee, and J. K. Kang, Appl. Phys. Lett. , 2006, 88(14): 143126
|
47 |
Q. Sun, Q. Wang, P. Jena, and Y. Kawazoe, J. Am. Chem. Soc. , 2005, 127(42): 14582
|
48 |
B. Huang, H. Lee, W. Duan, and J. Ihm, Appl. Phys. Lett. , 2008, 93(6): 063107
|
49 |
S. S. Han and A. William, J. Am. Chem. Soc. , 2007, 129(27): 8422
|
50 |
K. L. Mulfort and J. T. J. Hupp, J. Am. Chem. Soc. , 2007, 129(31): 9604
|
51 |
D. Zhao, D. Yuan, and H. C. Zhou, Energy & Environ. Sci. , 2008, 1: 222
|
53 |
X. Li, A. Grubisic, S. T. Stokes, J. Cordes, G. F. Gantef?r, K. H. Bowen, B. Kiran, M. Willis, P. Jena, R. Burgert, and H. Schn?ckel, Science , 2007, 315(5810): 356
|
54 |
C. Cento, P. Gislon, M. Bilgili, A. Masci, Q. Zheng, and P. P. Prosini, J. Alloys Comp. , 2007, 437(1-2): 360
|
55 |
A. L. L. Dehouche, N. Grimard, J. Goyette, and R. Chahine, Nanotechnology , 2005, 16(4): 402
|
56 |
P. A. Berseth, A. G. Harter, R. Zidan, A. Blomqvist, C. M. Araújo, R. H. Scheicher, R. Ahuja, and P. Jena, Nano Lett. , 2009, 9(4): 1501
|
57 |
C. H. Ahn, A. Bhattacharya, M. Di Ventra, J. N. Eckstein, C. D. Frisbie, M. E. Gershenson, A. M. Goldman, I. H. Inoue, J. Mannhart, D. Natelson, and J. M. Triscone, Rev. Mod. Phys. , 2006, 78(4): 1185
|
58 |
L. Qiao, W. T. Zheng, Q. B. Wen, and Q. Jiang, Nanotechnology , 2007, 18(15): 155707
|
59 |
M. Tomonari and O. Sugino, Chem. Phys. Lett. , 2007, 437(4-6): 170
|
60 |
A. Migani, C. Sousa, F. Sanz, and F. Illas, Phys. Chem. Chem. Phys. , 2005, 7(18): 3353
|
61 |
T. Ohta, A. Bostwick, T. Seyller, K. Horn, and E. Rotenberg, Science , 2006, 313(5789): 951
|
62 |
S. Zou and M. Weaver, J. Phys. Chem. , 1996, 100(10): 4237
|
63 |
S. Zou and M. Weaver, Anal. Chem. , 1998, 70(11): 2387
|
64 |
E. V. Castro, K. S. Novoselov, S. V. Morozov, N. M. R. Peres, J. M. dos Santos, J. Nilsson, F. Guinea, A. K. Geim, and A. H. C. Neto, Phys. Rev. Lett. , 2007, 99(21): 216802
|
65 |
R. Q. Zhang, W. T. Zheng, and Q. Jiang, J. Phys. Chem. C , 2009, 113(24): 10384
|
66 |
W. Liu, Y. H. Zhao, Y. Li, E. J. Lavernia, and Q. Jiang, Phys. Chem. Chem. Phys. , 2009, 11(40): 9233
|
67 |
W. Liu, Y. H. Zhao, J. Nguyen, Y. Li, Q. Jiang, and E. J. Lavernia, Carbon , 2009, 47(15): 3452
|
68 |
Z. M. Ao, W. T. Zheng, and Q. Jiang, Nanotechnology , 2008, 19(27): 275710
|
69 |
J. Zhou, Q. Wang, Q. Sun, P. Jena, and X. S. Chen, Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 2010, 107(7): 2801
|
70 |
S. Gemming, T. Kunze, K. Morawetz, V. Pankoke, R. Luschtinetz, and G. Seifert, Eur. Phys. J. Spec. Top. , 2009, 177(1): 83
|
71 |
H. Gronbeck, Top. Catal. , 2004, 28(1-4): 59
|
72 |
P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. B , 1964, 136: B864
|
73 |
G. Kresse and J. Fürthmuller, Comput. Mater. Sci. , 1996, 6(1): 15
|
74 |
B. Delley, J. Chem. Phys. , 1990, 92(1): 508
|
75 |
M. D. Segall, P. J. D. Lindan, M. J. Probert, C. J. Pickard, P. J. Hasnip, S. J. Clark, and M. C. Payne, J. Phys.: Condens. Matter , 2002, 14(11): 2717
|
76 |
The help of the Materials Studio Modeling
|
77 |
B. Delley, J. Chem. Phys. , 2000, 113(18): 7756
|
78 |
B. K. Rao and P. Jena, Europhys. Lett. , 1992, 20(4): 307
|
79 |
M. Y. Ni, L. F. Huang, L. J. Guo, and Z. Zeng, Int. J. Hydrogen Energy , 2010, 35(8): 3546
|
80 |
A. Tokura, F. Maeda, Y. Teraoka, A. Yoshigoe, D. Takagi, Y. Homma, Y. Watanabe, and Y. Kobayashi, Carbon , 2008, 46(14): 1903
|
81 |
G. Y. Zhang, P. F. Qi, X. R. Wang, Y. R. Lu, D. Mann, X. L. Li, and H. J. Dai, J. Am. Chem. Soc. , 2006, 128(18): 6026
|
82 |
B. Panella, K. Hones, U. Muller, N. Trukhan, M. Schubert, H. Putter, and M. Hirscher, Angew. Chem. Int. Ed. , 2008, 47(11): 2138
|
83 |
A. F. Vilaplana, J. Phys. Chem. C , 2008, 112(10): 3998
|
84 |
D. Henwood and J. D. Carey, Phys. Rev. B , 2007, 75(24): 245413
|
85 |
J. S. Arellano, L. M. Molina, A. Rubio, and J. A. Alonso, J. Chem. Phys. , 2000, 112(18): 8114
|
86 |
G. K. Dimitrakakis, E. Tylianakis, and G. E. Froudakis, Nano Lett. , 2008, 8(10): 3166
|
87 |
M. Aertsens and J. Naudts, J. Stat. Phys. , 1991, 62(3-4): 609
|
88 |
J. Graetz, S. Chaudhuri, Y. Lee, T. Vogt, J. T. Muckerman, and J. J. Reilly, Phys. Rev. B , 2006, 74(21): 214114
|
89 |
J. Li, T. Furuta, H. Goto, T. Ohashi, Y. Fujiwara, and S. Yip, J. Chem. Phys. , 2003, 119(4): 2376
|
90 |
F. Schedin, A. K. Geim, S. V. Morozov, E. W. Hill, P. Blake, M. I. Katsnelson, and K. S. Novoselov, Nat. Mater. , 2007, 6(9): 652
|
91 |
C. He, P. Zhang, Y. F. Zhu, and Q. Jiang, J. Phys. Chem. C , 2008, 112(24): 9045
|
92 |
Y. F. Zhao, Y. H. Kim, A. C. Dillon, M. J. Heben, and S. B. Zhang, Phys. Rev. Lett. , 2005, 94: 155504
|
93 |
E. Durgun, Y. R. Jang, and S. Ciraci, Phys. Rev. B , 2007, 76(7): 073413
|
94 |
H. Lee, W. I. Choi, and J. Ihm, Phys. Rev. Lett. , 2006, 97(5): 056104
|
95 |
G. Kim, S. H. Jhi, N. Park, S. G. Louie, and M. L. Cohen, Phys. Rev. B , 2008, 78(8): 085408
|
96 |
G. Kim, S. H. Jhi, and N. Park, Appl. Phys. Lett. , 2008, 92(1): 013106
|
97 |
S. A. Shevlin and Z. X. Guo, J. Phys. Chem. C , 2008, 112(44): 17456
|
98 |
S. Meng, E. Kaxiras, and Z. Zhang, Nano Lett. , 2007, 7(3): 663
|
99 |
G. J. Kubas, R. R. Ryan, B. I. Swanson, P. J. Vergamini, and H. J. Wasserman, J. Am. Chem. Soc. , 1984, 106(2): 451
|
100 |
S. Barman, P. Sen, and G. P. Das, J. Phys. Chem. C , 2008, 112(50): 19963
|
101 |
G. J. Kubas, Acc. Chem. Res. , 1988, 21(3): 120
|
102 |
J. Niu, B. K. Rao, and P. Jena, Phys. Rev. Lett. , 1992, 68(15): 2277
|
103 |
M. Yoon, S. Y. Yang, C. Hicke, E. Wang, D. Geohegan, and Z. Y. Zhang, Phys. Rev. Lett. , 2008, 100(20): 206806
|
104 |
Q. Sun, Q. Wang, and P. Jena, Appl. Phys. Lett. , 2009, 94(1): 013111
|
105 |
A. Bhattacharya, S. Bhattacharya, C. Majumder, and G. P. Das, J. Phys. Chem. C , 2010, 114(22): 10297
|
106 |
Y. G. Zhou, X. T. Zu, F. Gao, J. L. Nie, and H. Y. Xiao, J. Appl. Phys. , 2009, 105(1): 14309
|
107 |
L. Firlej, B. Kuchta, C. Wexler, and P. Pfeifer, Adsorption , 2009, 15(3): 312
|
108 |
H. L. Park and Y. C. Chung, Comput. Mater. Sci. , 2010, 49(4): S297
|
109 |
S. Suzuki, M. Kushida, S. Amamiya, S. Okada, and K. Nakao, Chem. Phys. Lett. , 2000, 327(5-6): 291
|
110 |
G. L. Lu, K. M. Deng, H. P. Wu, J. L. Yang, and X. Wang, J. Chem. Phys. , 2006, 124(5): 054305
|
111 |
X. X. Wang, X. Y. Li, and H. N. Li, Phys. Lett. A , 2008, 372(44): 6677
|
112 |
B. Delley, Phys. Rev. B , 2002, 66(15): 155125
|
113 |
Y. H. Kim, Y. F. Zhao, A. Williamson, M. J. Heben, and S. B. Zhang, Phys. Rev. Lett. , 2006, 96(1): 016102
|
114 |
Y. Gao and X. C. Zeng, J. Phys.: Condens. Matter , 2007, 19(38): 386220
|
115 |
X. B. Yang, R. Q. Zhang, and J. Ni, Phys. Rev. B , 2009, 79(7): 075431
|
|
Viewed |
|
|
|
Full text
|
|
|
|
|
Abstract
|
|
|
|
|
Cited |
|
|
|
|
|
Shared |
|
|
|
|
|
Discussed |
|
|
|
|