Прочностные и функциональные характеристики гекса- и пентагональных 2D-материалов. Водород
Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин
ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.458
Оригинальная статья
Аннотация: Проведен анализ синтезированных уникальных двумерных 2D-материалов с нанослойными гексагональными и пентагональными структурами (на основе углерода, кремния, олова, двойных соединений CN2, BN2, PdSe2 и тройных – BCN, CNP, PdSSe, Zn2C2P2. Синтез этих материалов получен химическим паровым осаждением или эпитаксией металлов на заранее приготовленные подложки. Проведен также анализ прочностных и функциональных характеристик (электронных, оптических) созданных моделей с применением теории DFT в виде тройных монослоев с обоюдосторонним
нанесением водорода на поверхности монослоя p-Si2C4: водород/p-Si2C4/водород. Выявлено, что наиболее динамически стабильным из них был слой p-Si2C4-4H с его двухсторонней водородной адсорбцией и хорошими свойствами. В этой статье также представлены сравнительно недавно полученные гекса- и пентагональные двумерные материалы не только элементов C, Si, Ge, B, но и сплавов Cu1–xNix, Ti1–хNix и соединений Bi1–xSbx, CN2, BN2, PdSe2 и др. Так что с созданными новыми уникальными материалами – синтеза сверхпрочных, термостабильных нанокомпозитов, сверхпроводящих слоистых композитов (на основе Bi, Hg и Sb) открываются перспективы развития наноэлектроники, спинтроники, компьютерной техники, а также создания портабельных тензодатчиков, датчиков давления, газовых датчиков и катализаторов диализа воды с выделением водорода и кислорода.
Ключевые слова: гексагональные и пентагональные структуры 2D-материалов, моделирование материалов, механические свойства, каталитические свойства
- Курбанова Эльмира Джумшудовна – к.х.н., научный сотрудник, ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
- Полухин Валерий Анатольевич – д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник , ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
Ссылка на статью:
Курбанова, Э.Д. Прочностные и функциональные характеристики гекса- и пентагональных 2D-материалов. Водород / Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 458-467. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.458.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Polukhin, V.A. Thermal stability and deformation mechanisms in graphene- or silicene-reinforced layered and matrix metallic composites / V.A. Polukhin, N.A. Vatolin // Russian Metallurgy (Metally). – 2018. – V. 2018. – I. 8. – Р. 685-699. DOI: 10.1134/S0036029518080153.
2. Polukhin, V.A. Dependence of the thermal stability of the interface states of d metals (Cu, Pd, Ti, Ni) and Al with graphene on the character of sorption and diffusion mobility in a contact zone / V.A. Polukhin, E.D. Kurbanova // Russian Journal of Physical Chemistry A. – 2015. – V. 89. – I. 3. – Р. 531-546. DOI: 10.1134/S0036024415030243.
3. Polukhin, V.A. Stability, atomic dynamics, and thermal destruction of the d metal/graphene interface structure / V.A. Polukhin, E.D. Kurbanova // Russian Metallurgy (Metally). – 2017. – V. 2017. – I. 2. – Р. 116-126. DOI: 10.1134/S0036029517020112.
4. Shen, Y. Pentagon-based 2D materials: Classification, properties and applications / Y. Shen, Q. Wang // Physics Reports. – 2022.– V. 964. – P. 1-42. DOI: 10.1016/j.physrep.2022.03.003.
5. Maymoun, M. Surface functionalization of penta-siligraphene monolayer for nanoelectronic, optoelectronic and photocatalytic water-splitting: A first-principles study / M. Maymoun, S. Oukahou, A. Elomrani et al. // Applied Surface Science. – 2022. – V. 590. – Art. № 152972. – 10 p. DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.152972.
6. Sun, W. 1, 2, 4-azadiphosphole-based piezoelectric penta-CNP sheet with high spontaneous polarization / W. Sun, Y. Shen, Y. Guo, Y. Chen, Q. Wang // Applied Surface Science. – 2021. – V. 554. – Art. № 149499. – 6 p. DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.149499.
7. Zhao, K. Penta-BCN: A new ternary pentagonal monolayer with intrinsic piezoelectricity / K. Zhao, Y. Guo, Y. Shen et al. // The Journal of Physical Chemistry Letters. – 2020. – V. 11. – I. 9. – P. 3501-3506. DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c00824.
8. Bravo, S. Two-dimensional Weyl points and nodal lines in pentagonal materials and their optical response / S. Bravo, M. Pacheco, V. Nunez // Nanoscale. – 2021. – V. 13. – I. 12. – P. 6117-6128. DOI: 10.1039/D1NR00064K.
9. Zhou, Y. PdSSe: Two-dimensional pentagonal Janus structures with strong visible light absorption for photovoltaic and photocatalytic applications / Y. Zhou, X. Yang, J. He // Vacuum. – 2020. – V. 181. – Art. № 109649. – 6 p. DOI: 10.1016/j.vacuum.2020.10964.
10. Kilic, M.E. Penta carbides: Two-dimensional group-IV semiconductors containing C2 dimers for nanoelectronics and photocatalytic water splitting / M.E. Kilic, K.R. Lee // Physical Review Materials. – 2021. – V. 5. – I. 6. – P. 065404-1-065404-14. DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.065404.
11. Li, J. Penta-BN sheet: a density functional theory study of two-dimensional material / J. Li, X. Fan, Y. Wei, G. Chen // Scientific Reports. – 2016. – V. 6. – Art. № 31840. – 9 p. DOI: 10.1038/srep31840.
12. Cheng, Z. Binary pentagonal auxetic materials for photocatalysis and energy storage with outstanding performances / Z. Cheng, X. Zhang, H. Zhang et al. // Nanoscale. – 2022. – V. 14. – I. 5. – P. 2041-2051. DOI: 10.1039/D1NR08368F.
13. Born, M. Dynamical theory of crystal lattices / M. Born, K. Huang. – Oxford: Oxford University Press, 1954. – 432 p.
14. Voigt, W. Lehrbuch der kristallphysik (mit ausschluss der kristalloptik) / W. Voigt. – Stuttgart: Springer Fachmedien Wiesbaden, 1966. –XXVI, 979 p. DOI: 10.1007/978-3-663-15884-4. (In German).
15. Zhang, S. Beyond graphitic carbon nitride: nitrogen-rich penta-CN2 sheet / S. Zhang, J. Zhou, Q. Wang, P. Jena // The Journal of Physical Chemistry C. – 2016. – V. 120. – I. 7. – P. 3993-3998. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b12510.
16. Sun, S. Flexible, auxetic and strain-tunable two dimensional penta-X2C family as water splitting photocatalysts with high carrier mobility / S. Sun, F. Meng, Y. Xu et al. // Journal of Materials Chemistry A. – 2019. – V. 7. – I. 13. – P. 7791-7799. DOI: 10.1039/C8TA12405A.
17. Xiong, W. The mechanical, electronic and optical properties of two-dimensional transition metal chalcogenides MX2 and M2X3 (M = Ni, Pd; X = S, Se, Te) with hexagonal and orthorhombic structures / W. Xiong, K. Huang, S. Yuan // Journal of Materials Chemistry C. – 2019. – V. 7. – I. 43. – P. 13518-13525. DOI: 10.1039/C9TC04933A.
18. Zhang, S. Penta-graphene: a new carbon allotrope / S. Zhang, J. Zhou, Q. Wang // The Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2015. – V. 112. – I. 8. – P. 2372-2377. DOI: 10.1073/pnas.1416591112.
19. Lv, X. Penta-MS2 (M = Mn, Ni, Cu/Ag and Zn/Cd) monolayers with negative Poisson’s ratios and tunable bandgaps as water-splitting photocatalysts / X. Lv, L. Yu, F. Li et al. // Journal of Materials Chemistry A. – 2022. – V. 9. – I. 11. – P. 6993-7004. DOI: 10.1039/D1TA00019E.
20. Long, C. PdSe2: Flexible two-dimensional transition metal dichalcogenides monolayer for water splitting photocatalyst with extremely low recombination rate / C. Long, Y. Liang, H. Jin et al. // ACS Applied Energy Materials. – 2018. – V. 2. – I. 1. – P. 513-520. DOI: 10.1021/acsaem.8b01521.
21. Polukhin, V.A. Characteristics of amorphous, nanocrystalline and crystalline membrane alloys / V.A. Polukhin, N.I. Sidorov, E.D. Kurbanova, R.M. Belyakova // Russian Metallurgy (Metally). – 2022. – V. 2022. – I. 8. – P. 869-880. DOI: 10.1134/S0036029522080122.
22. Galashev, A.E. Computer-assisted study of silver absorption by porous silicon dioxide nanoparticles / A.E. Galashev, V.A. Polukhin // Colloid Journal. – 2011. – V. 73. – I. 6. – P. 761-767. DOI: 10.1134/S1061933X11050036.
23. Белякова, Р.М. Анализ характеристик мембранных сплавов на основе Nb – Ni и V – Ni / Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 552-561. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.552.
24. Lin, Z. Planar-coordination PdSe2 nanosheets as highly active electrocatalyst for hydrogen evolution reaction / Z. Lin, B. Xiao, Z. Wang et al. // Advanced Functional Materials. – 2021. – V. 31. – I. 32. – Art. № 2102321. – 6 p. DOI: 10.1002/adfm.202102321.
25. Zheng, K. Two-dimensional penta-SiAs2: a potential metal-free photocatalyst for overall water splitting / K. Zheng, H. Cui, H. Luo et al. // Journal of Materials Chemistry C. – 2020. – V. 8. – I. 34. – P. 11980-11987. DOI: 10.1039/D0TC01206H.
26. Ying, Y. Predicting two-dimensional pentagonal transition metal monophosphides for efficient electrocatalytic nitrogen reduction / Y. Ying, K. Fan, X. Luo, H. Huang / Journal of Materials Chemistry A. – 2019. – V. 7. – I. 18. – P. 11444-11451. DOI: 10.1039/C8TA11605A.