CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT HẤP THỤ VÀ CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ
3.2. Hấp phụ của c o vào Graphene
Cấu trúc của phân tử c o được mô tả tốt nhất dựa theo thuyết quỹ đạo phân tử. Gồm một nguyên tử c (quả cầu màu xám) và một nguyên tử o (quả càu màu đỏ). Độ dài của liên kết hóa học giữa chúng là 0.111 nm. Điều này chỉ ra rằng nó có đặc trưng liên kết ba. Phân tử có mômen lưỡng cực nhỏ bằng 0.112 Debye (hay 3,74xl0-31 c.m ) và thông thường được biểu diễn bằng cấu trúc cộng hưởng.
Hình 3.7 Cẩu trúc phân tử c o [18]
3.2.2. Hấp phụ của phân tử c o trên Graphene
CO tương tác với Graphene được chia thành 2 loại: c o hấp phụ Graphene thẳng, trong đó trục của phân tử c o vuông góc với mặt phẳng Graphene và CO bám dính Graphene xiên khi trục của phân tử c o nghiêng một góc vói mặt phẳng Graphene.
a-Hấp phụ của c o thẳng góc với mặt Graphene
CASTEP yêu cầu một mạng tuần hoàn nên đối vód một mặt, chung tôi sử dụng một ô mạng chân không vối hằng số mạng a = b = 2.457476 và с = 10.921983Ả. Góc giữa cỏc trục ô = p = 90° và у = 120° (hỡnh 3.8).
Hình 3.8. 0 mạng chân không và liên kết của các phân tử khí CO liên kết thẳng góc với mặt Graphene (trong đổ các nguyên tử Carbon màu xám, các nguyên tử Ôxy màu đỏ)
Sau khi tối ưu hóa cấu trúc tương tác cho cấu trúc hình 3.8 với năng lượng cắt bằng 340 eV, các đại lượng tối ưu được biểu diễn trong hình 3.9
-36 Q0 -3Ể20
> -3640 О ao-3660 g.s -3680
>ẵ '37Qbọ D
^ -3720 -3740
2-1 1-
\
lì
• V
§ - !■
SỌ .
1--- ■— ■ — ■---■—
■ ______________________________________________■'
V. ê-2-
в
V , S . -3-
я • — • — Energy Change (evjatom)
ж -4- — - Max. Displacement (й)
Ж
-5
_ _ 4 _ _ fvja x , Force (ev/Д)
1 2 3 + 5 6 7 8 9 10 11
Buớc tối uu
6 7 8 9
Bước tối ưu
10 11
Hình 3.9 Quá trình tối ưu hỏa khi c o hấp phụ vuông gốc vào mặt Graphene Mật độ trạng thái của Graphene khi có sự hấp phụ của phân tử c o theo phương thẳng đứng được so sánh với mật độ trạng thái của nó khi không có sự hấp phụ của các phân tử khí c o , được biểu diến ở hình 3.10
Năng lượng (eV) Năng hrợng (eV)
Hình 3.10 Mật độ trạng thái của Graphene khi các phân tửc c o bám dính theo phương vuồnggỏc với mặt Graphene (trái) và mật độ trạng thái của
Graphene khi không có bám dính của các phân tử khí c o (phảiị b-Hấp phụ của phân tử c o xiên gốc với mặt Graphene
Tương tự như đối với trường hợp của phân tử c o hấp phụ vuông góc với mặt Giraphene, ứong ừong hợp các phân tử c o xiên góc với mặt phẳng Graphene được biểu diễn với một ô mạng chân không với các hằng số mạng : a = b =2.457476 và c = 10.921983Ả. Góc lệch các trục: a = p = 90° và
y = 1 2 0°.
Hình 3.11. Ô mạng chân không và liên kết của các phân tử khí CO liên kết xiên gốc với mặt Graphene (trong đỏ các nguyên tử Carbon màu xám, các nguyên tử Ôxy màu đỏ)
-Quá trình tối ưu hỏa năng ỉượng của c o hấp phụ vào Graphene xiên
Với CASTEP chúng ta thu được quá tánh tối ưu hóa của năng lượng của CO hấp phụ vào Graphene xiên với các thông số đầu vào: năng lượng cắt 340 eV. Mật độ hội tụ 2.178644X10"4 eV/nguyên tử, áp suất kéo dãn 1.776881 GPa. Năng lượng biến thiên giảm dần từ -2830 eV theo từng bước tối ưu hóa, sau một số bước tối ưu hóa thì năng lượng sẽ không thay đổi ở giá trị -2926.5 eV. Quá trình tối ưu hóa hội tụ của c o hấp phụ xiên vói bề mặt ta thấy, các thông số, biến thiên theo từng bước tốỉ ưu hóa, sau một số bước tối ưu hóa thì các đại lượng đó sẽ ổn định trong những khoảng giá trị nhất định cụ thể là:
năng lượng trên mỗi nguyên tử sẽ biến thiên trong khoảng từ -3.75eV -T -3.6 eV. Dịch chuyển cực đại của các nguyên tử là 3Ả và lực tác dụng cực đại lên các nguyên tử là 1.520 eV/ Ả. Quá trình tối ưu hóa được biểu diễn trong hình 3.12
■2820 -2S40 /—s
;S -28eo
B0 J f -28SŨ
43 -2900 ễ
-2920
L 2 3 4 5 6 7 s 9 10 11 12 13 2 3 4 5 6 7 Ệ 9 10 LI 12 13
Bưởc tối ưu Bước tối uu
Hình 3.12. Quá trình tối ưu hóa các thông số của mạng Graphene đơn lớp với hấp phụ xiên gốc của cắc phần tử c o .
>u
u 15 u
■s 1Ũ
20
<p- J
<£■
-40 -30 -20 -lũ 0 10 -3Ũ -20 -10 ũ 1Ũ 20
Năng lượng (eV) Năng lượng (eV)
Hình 3.13 Mật độ trạng thái của Graphene khi các phân tử c o hấp phụ theo phương xiên góc với mặt Graphene (trái) và mật độ trạng thái của
Graphene khỉ không có hấp phụ của các phân tử khí c o (phải).