Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การดูดซับแก๊สไฮโดรเจนบนผิวพหุสัณฐานเซอร์โคเนียมไดออกไซด์
Year (A.D.)
2021
Document Type
Thesis
First Advisor
Vithaya Ruangpornvisuti
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemistry (ภาควิชาเคมี)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Chemistry
DOI
10.58837/CHULA.THE.2021.69
Abstract
Adsorption of hydrogen gas on polymorphic zirconium dioxide (ZrO2) surfaces including cubic, tetragonal and monoclinic phase denoted by c-ZrO2(111), t-ZrO2(101) and m-ZrO2(111), respectively has been investigated using the periodic density functional theory (DFT) calculation. The stabilities of perfect and oxygen vacancy defective ZrO2 surfaces are in orders: c-ZrO2(111) > t-ZrO2(101) > m-ZrO2(111) and [c-ZrO2(111)+VO] > [t-ZrO2(101)+VO] > [m-ZrO2(111)+VO], respectively. The abilities of hydrogen adsorption on perfect and oxygen vacancy defective ZrO2 surfaces are in orders: [c-ZrO2(111)+VO] (∆Eads = –4.13 eV) > [m-ZrO2(111)+VO] (∆Eads = –3.31 eV) > [t-ZrO2(101)+VO] (∆Eads = –2.91 eV) > c-ZrO2(111) (∆Eads = –1.89 eV) > m-ZrO2(111) (∆Eads = –1.67 eV) > t-ZrO2(101) (∆Eads = –0.27 eV). The lanthanide-doped c-ZrO2(111) surfaces were obtained and exhibit hydrogen adsorption stability. Hydrogen adsorption ability on Eu-[c-ZrO2(111)+VO] (∆Eads = –0.80 eV)is higher than on Ce-[c-ZrO2(101)] (∆Eads = –0.21 eV). The oxygen vacancy defective polymorphic ZrO2 surfaces exhibit a high potential for hydrogen-storage materials. The [t-ZrO2(101)+VO], [m-ZrO2(111)+VO] and m-ZrO2(111) surface types have been recommended as hydrogen-sensing materials via electrical resistance measurement.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
การดูดซับแก๊สไฮโดรเจนบนผิวพหุสัณฐานเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ ประกอบไปด้วย โครงสร้างชนิดคิวบิก(111), เททระโกนอล(101) และโมโนคลินิก(111) ได้รับการคำนวณด้วยวิธี พีริออดิกดีเอฟที ความเสถียรของโครงสร้างผิวเซอร์โคเนียมไดออกไซด์แบบสมบูรณ์พบว่ามีลำดับดังนี้ c-ZrO2(111) > t-ZrO2(101) > m-ZrO2(111) และแบบมีช่องว่างของออกซิเจนอะตอมมีความเสถียรของโครงสร้างตามลำดับดังนี้ [c-ZrO2(111)+VO] > [t-ZrO2(101)+VO] > [m-ZrO2(111)+VO] ความสามารถในการดูดซับแก๊สไฮโดรเจนบนผิวแบบสมบูรณ์และแบบมีช่องว่างของออกซิเจนอะตอมพบว่ามีลำดับดังนี้ [c-ZrO2(111)+VO] (∆Eads = –4.13 eV) > [m-ZrO2(111)+VO] (∆Eads = –3.31 eV) > [t-ZrO2(101)+VO] (∆Eads = –2.91 eV) > c-ZrO2(111) (∆Eads = –1.89 eV) > m-ZrO2(111) (∆Eads = –1.67 eV) > t-ZrO2(101) (∆Eads = –0.27 eV) โครงสร้างผิว c-ZrO2(111) ที่ถูกเจือด้วยธาตุแลนทาไนด์ได้รับการคำนวณ และความสามารถในการดูดซับแก๊สไฮโดรเจนบนผิว Eu-[c-ZrO2(111)+VO] (∆Eads = –0.80 eV) มีค่ามากกว่าการดูดซับบนผิว Ce-[c-ZrO2(101)] (∆Eads = –0.21 eV).โครงสร้างผิวเซอร์โคเนียมไดออกไซด์แบบมีช่องว่างของออกซิเจนอะตอมพบว่ามีศักยภาพในการเป็นวัสดุกักเก็บแก๊สไฮโดรเจน และผิวเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ชนิด [t-ZrO2(101)+VO], [m-ZrO2(111)+VO] และ m-ZrO2(111) พบว่าสามารถใช้เป็นวัสดุตรวจจับแก๊สไฮโดรเจน โดยการตรวจวัดความต้านทานไฟฟ้า
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Petchmark, Monrada, "Adsorption of hydrogen gas on polymorphic zirconium dioxide surfaces" (2021). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 4611.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/4611