新規2次元斜方晶窒化ホウ素同素体における水素貯蔵:密度汎関数理論からの洞察

• 第一原理DFT計算により、カルシウムで装飾されたシリセンが水素貯蔵容量7.5 wt%を達成可能であることが示された
• AIMDシミュレーションにより約380 Kで完全なH2放出が確認され、可逆的水素貯蔵の実現可能性が示された
• Ca装飾によりH2吸着エネルギーが-0.047 eVから-0.561 eVへ著しく向上し、各Caサイトは最大5つのH2分子を収容可能

• 固体水素貯蔵材料において、7 wt.%超から11.2 wt.%までの水素吸着容量が実験的に報告された

• 第一原理計算により、芳香族安定性を持つ二十面体B12超原子をビルディングブロックとする高安定な2次元ホウ素系材料 h-B12X2H8 (X = N, P, As) を設計した。
• 表面水素化によりバンドギャップは1 eVから5.19–6.00 eVに拡大し、結合強化と機械的特性の向上が確認された。
• h-B12P2H8の電子移動度は1755 cm2V−1s−1に達し、キャリアタイプ選択的な移動度特性を示した。

• B12H12^2-およびB10C2H12超原子を市松模様格子に組み込んだ新規単層材料o-B12H8とo-B10C2H6を第一原理計算により設計した
• 両材料は優れた運動学的・熱的・機械的安定性、顕著な機械的異方性、ほぼゼロのポアソン比を示す
• 電子構造計算により4.75 eVと4.63 eVの広いバンドギャップが明らかになった

本研究では、密度汎関数理論を用いてTiをドープしたNaMnO2の構造的・電気的特性を調査した。計算には、交換相関汎関数としてPerdew–Burke–Ernzerhof汎関数を用いた。スピン分極計算により、NaMnO2およびNaX(Mn,Ti)O2超セルの構造的・電子的特性を決定した。ドープにより体積膨張が誘発され、NaX(Mn,Ti)O2はTiドープの影響でNaMnO2と比較してバンドギャップが縮小した。また、NaX(Mn,Ti)O2の弾性定数は斜方晶系の機械的安定性要件を満たし、形成エネルギーは負であったことから、構造は安定であることが示唆された。予測される電圧範囲は3.410~4.13…