Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การศึกษาโดยใช้ระเบียบวิธีดีเอฟทีในการดูดซับไฮโดรเจนบนวัสดุกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์ระดับนาโนที่ปรับแต่งด้วยธาตุบางชนิด
Year (A.D.)
2024
Document Type
Thesis
First Advisor
Vithaya Ruangpornvisuti
Second Advisor
Viwat Vchirawongkwin
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemistry (ภาควิชาเคมี)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Chemistry
DOI
10.58837/CHULA.THE.2024.938
Abstract
In this work, the hydrogen adsorption capabilities of graphitic carbon nitride (g-C3N4) nanomaterials in nanotube and nanosheet forms, decorated with selected elements from period 3 (Al, Si, P, and S) and period 4 (Ga, Ge, As, and Se), were investigated using periodic density functional theory (DFT) at the PBEPBE/6-31G(d) level. The results demonstrate that elemental decoration significantly enhances the hydrogen adsorption performance of both structural configurations. Among the heptazine-based nanotubes (hg−C3N4−NTs), the S-decorated (4,0) hg−C3N4−NT exhibited the most favorable physisorption, with an adsorption energy of −1.34 eV, while Al-decorated (5,0) and (6,0) hg−C3N4−NTs demonstrated strong chemisorption energies of −1.28 eV. For the nanosheet systems, the P-decorated hg−C3N4−NS and triazine-based g-C3N4 nanosheets (tg−C3N4−NS) exhibited the highest hydrogen chemisorption energies of −1.73 eV and −1.51 eV, respectively. These findings highlight the potential of element-decorated g-C3N4 nanotubes and nanosheets as promising candidates for efficient hydrogen storage applications. Furthermore, based on the largest band gap modulations and shortest recovery times, As-decorated (4,0), (5,0), and (6,0) hg−C3N4−NTs, along with Ga-decorated hg−C3N4−NS and tg−C3N4−NS, exhibit strong potential for application in hydrogen sensing.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
งานวิจัยนี้ศึกษาการดูดซับแก๊สไฮโดรเจนบนวัสดุกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์ระดับนาโน ในรูปแบบท่อและแผ่นที่ปรับแต่งด้วยธาตุบางชนิดจากคาบที่ 3 (อะลูมิเนียม ซิลิกอน ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร์) และ 4 (แกลเลียม เจอร์เมเนียม อาร์เซนิก และซีลีเนียม) โดยใช้ทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่น (ดีเอฟที) ระดับ PBEPBE/6-31G(d) ผลการศึกษาพบว่าการปรับแต่งด้วยธาตุสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการการดูดซับแก๊สไฮโดรเจนบนวัสดุทั้งสองรูปแบบได้อย่างมีนัยสำคัญ สำหรับโครงสร้างท่อชนิดเฮปตาซีนขนาด (4,0) เมื่อปรับแต่งด้วยซัลเฟอร์พบว่ามีการการดูดซับทางกายภาพด้วยพลังงาน -1.34 อิเล็กตรอนโวลต์ ในขณะที่ท่อขนาด (5,0) และ (6,0) ที่ปรับแต่งด้วยอะลูมิเนียม พบว่ามีการการดูดซับทางเคมีด้วยพลังงาน -1.28 อิเล็กตรอนโวลต์ สำหรับโครงสร้างแผ่นพบว่าชนิดเฮปตาซีนและไตรอะซีนเมื่อปรับแต่งด้วยฟอสฟอรัส แสดงการดูดซับทางเคมีด้วยพลังงานการดูดซับไฮโดรเจนสูงสุดเท่ากับ -1.73 อิเล็กตรอนโวลต์ และ -1.51 อิเล็กตรอนโวลต์ตามลำดับ ผลการศึกษานี้ชี้ให้เห็นถึงศักยภาพของวัสดุกราฟิติกคาร์บอนไนไตรด์ระดับนาโนทั้งรูปแบบท่อและแผ่นที่ปรับแต่งด้วยธาตุในการเป็นวัสดุกักเก็บแก๊สไฮโดรเจนมีอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ในการศึกษาการตรวจจับแก๊สไฮโดรเจน พบว่าท่อชนิดเฮปตาซีนขนาด (4,0), (5,0) และ (6,0) ที่ปรับแต่งด้วยอาร์เซนิก และแผ่นชนิด เฮปตาซีนและไตรอะซีนเมื่อปรับแต่งด้วยแกลเลียม มีการเปลี่ยนแปลงของช่องว่างแถบพลังงานมากที่สุด และมีเวลาการตอบสนองต่อไฮโดรเจนเร็วที่สุด แสดงให้เห็นศักยภาพสำหรับการนำไปใช้ในการตรวจจับแก๊สไฮโดรเจน
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Kaewsud, Kanthira, "DFT study of H2 adsorption on graphitic carbon nitride nanomaterials decorated with selected elements" (2024). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 74776.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/74776