CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT HẤP THỤ VÀ CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ
3.5. Hấp phụ của NH 3 vào Graphene
Cấu trúc phân tử NH3 gồm: Nguyên tử N (quả càu màu xanh) liên kết cộng hóa trị vói 3 nguyên tử H (quả cầu màu trắng). Ba liên kết này đều là liên kết cộng hóa trị có cực. Vị trí các nguyên tử liên kết với nhau tạo thành hình chóp, khoảng cách giữa nguyên tử N và H là 0.102 nm, góc tạo giữa hai liên kết bất kì là 107°.
• i
H
H H
Hình 3.25 Cẩu tạo phân tử khí NH3.
Trong trường hợp này chúng tôi xem xét NH3 tương tác vói Graphene ở hai vị trí: NH3 hấp phụ với mặt Graphene xuôi và NH3 hấp phụ với mặt Graphene ngược
3.5.2. N H3 hấp phụ Graphene xuôi
Trong trường hợp phân tử NH3 xuôi có nghĩa là các nguyên tử H nằm phía dưới trược tiếp tương tác với các nguyên tử c. Ô mạng chân không cho tính toán trên CASTEP có hằng số mạng a = b = 2.457476 và c = 10.921983Ả với góc lệch các trục
a = p = 90° v à y = 120°.
Hình 3.26. Ồ mạng chân không và liên kết của phân tử NH3
(xuôi) với mặt Graphene (các nguyên tử các bon màu xám, các nguyên tử N màu xanh lam và các nguyên tử H màu trẳng)
-Quá trình tỗi ưu hóa của của NH3 hấp phụ Graphene (xuôi)
Với CASTEP chúng ta thu được quá trình tối ưu hóa của năng lượng của NH3
hấp phụ Graphene xuôi với các thông số đầu vào: năng lượng cắt 340eV, ta thấy năng lượng biến thiên giảm dần từ -1491.26 eV theo từng bước tối ưu hóa, sau một số bước tối ưu hóa thì năng lượng sẽ không thay đổi ở giá tộ -
1544.5 eV. Năng lượng ữên mỗi nguyên tử, dịch chuyển của các nguyên tử và lực tác dụng lên các nguyên tử biến thiên theo từng bước tối ưu hóa. Sau một số bước tối ưu hóa thì các đại lượng đó đều biến thiên với giá trị cụ thể là:
năng lượng sẽ giảm từ -0.1218 eV/nguyên tử xuống còn -6.011 eV/nguyên tử, dịch chuyển của các nguyên tủ giảm dần từ -0.5725Ả xuống còn -3.060Ả và lực tác dụng lên các nguyên tử cực đại giảm từ 0.9226 eV/Ả xuống còn
-2.848V/Â.
1 0
3H
-I
■1550
- É T —
‘Ỉ’ ~A
Energy Change (eVMơm) Max. Displacement (Ẵ) Max. Force (eV/Ẵ) JH ----t--- Max. Force (eV/Ä)
5--- -- _ _ _ _í---
1 2 3 4 5 ở 7 8 ạ LO IL L2 13 14 Bưỗc tối ưu hỏa
2 3 4 5 6 7 e 9 10 11 12 13 H Bưỗc tối ưu hỏa
r r
Hình 3.27. Quá trình tôi ỉm hỏa của liên kêt của phân tửNỈỈ3 (xuôi)vớỉ mặt Graphene
-40 -30 -20 -10 0 iũ
Năng lượng (eV)
-30 -20 -LO □ 10 20
Năng lượng (eV)
Hình 3.28. Mật độ trạng thái của Graphene khi các phân tử NH3 (xuôi) hấp phụ với mặt Graphene (trái) và mật độ trạng thái của Graphene khi không có
3.5.3 Hấp phụ của NH3 vào mặt Graphene (ngược) I--- Trong trường hợp phân tử NH3 ngược có nghĩa là các
nguyên tử N nằm phía dưới trược tiếp tương tác với các nguyên tử c . Ô mạng chân không cho tính toán ưên CASTEP có hằng số mạng a = b = 2.457476 và c = 10.921983 Â với góc lệch các trục a = p = 90° và y = 120°.
Hình 3.29. Ô mạng chân không và lỉên kết của phân tử NH3
(ngược) với mặt Graphene (cấc nguyên tử các bon màu xắm, các nguyên tử N màu xanh lam và cắc nguyên tử H màu trắng)
- Quá trình tối teu hỏa của NH3 hấp phụ Graphene (ngược)
Với CASTEP chúng ta thu được quá trình tối ưu hóa của năng lượng
của NH3 hấp phụ Graphene ngược với các thông số đầu vào: năng lượng cắt
340eV, ta thấy năng lượng biến thiên giảm dần từ -1913.28 eV theo từng bước tối ưu hóa, sau một số bước tối ưu hóa thì năng lượng sẽ không thay đổi ở giá tri -2041.148 eV. Năng lượng trên mỗi nguyên tử, dịch chuyển của các nguyên tử và lực tác dụng lên các nguyên tử biến thiên theo từng bước tối ưu hốa. Sau một số bước tối ưu hóa thì các đại lượng đó đều biến thiên vód giá trị
hấp phụ của các phân tử khí NH3 (phải).
cụ thể là: năng lượng trên mỗi nguyên tử giảm từ 0.1708 eV/nguyên tử xuống còn -3.9942 eV/nguyên tử, dịch chuyển của các nguyên tử giảm dần từ - 0.6368Â xuống còn -2.0749Â và lực tác dụng lên các nguyên tử cực đại giảm từ 1.0349 eV/Ả xuống còn -0.9810 eV/Ả
g.-ô80
*(jn -20DD
g -2020
1 2 3 4 5 6 7 0 9 10 11 L2 L3 14 Bước tối ưu hóa
— • — Energy Change (eV/atom) \
— - Max, Displacement (Â) '♦
-4- - Max, Fo rce (eV/A)
2 3 4 5 Ế 7 8 9 10 11 12 13 L4
Bước tối ưu hóa
Hình 3.30. Quá trình tối im hóa của liên kết của phân tử NH3 (ngược)với mặt Graphene
10 20
Năng lượng (eV) Năng lượng (eV)
Hình 3.3ỉ. Mật độ trạng thái của Graphene khi cắc phân tử NH3 (ngược) hấp phụ với mặt Graphene (trái) và mật độ trạng thái của Graphene khi không có
hấp phụ của các phân tử khí NH3 (phải).
KẾT LUÂN