Modelling of adsorption and intercalation of hydrogen on/into tungsten disulphide multilayers and multiwall nanotubes

文献情報

出版日 2018-04-13
DOI 10.1039/C8CP01437J
インパクトファクター 3.676
著者

José I. Martínez, Alex Laikhtman, Hoi Ri Moon, Alla Zak, Julio A. Alonso


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要旨

Understanding the interaction of hydrogen with layered materials is crucial in the fields of sensors, catalysis, fuel cells and hydrogen storage, among others. Density functional theory, improved by the introduction of van der Waals dispersion forces, provides an efficient and practical workbench to investigate the interaction of molecular and atomic hydrogen with WS2 multilayers and nanotubes. We find that H2 physisorbs on the surface of those materials on top of W atoms, while atomic H chemisorbs on top of S atoms. In the case of nanotubes, the chemisorption strength is sensitive to the nanotube diameter. Diffusion of H2 on the surface of WS2 encounters quite small activation barriers whose magnitude helps to explain previous and new experimental results for the observed dependence of the hydrogen concentration with temperature. Intercalation of H2 between adjacent planar WS2 layers reveals an endothermic character. Intercalating H atoms is energetically favorable, but the intercalation energy does not compensate for the cost of dissociating the molecules. When H2 molecules are intercalated between the walls of a double wall nanotube, the rigid confinement induces the dissociation of the confined molecules. A remarkable result is that the presence of a full H2 monolayer adsorbed on top of the first WS2 layer of a WS2 multilayer system strongly facilitates the intercalation of H2 between WS2 layers underneath. This opens up an additional gate to intercalation processes.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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