Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özetlere göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Anabilim Dalı

2017

Ab initio modelling of materials properties for catalytic and device applications

Katalitik ve aygıt uygulamaları için malzeme özelliklerinin ilk prensip modellenmesi

Bu tez, YÖK tez merkezinde bulunmaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi'ndeki tarama bölümünde tez numarasını arayabilirsiniz. Tez numarası: 473263

Tezi Bul
Özet:

gamma-Al2O3 (100) yüzeyine takviye edilen Pt kümeleri üzerinde CO, CO2 ve H2O moleküllerinin yüzeye tutunma (adsorpsiyon) özelliklerini ve aktivasyonunu incelemek için yoğunluk fonksiyoneli teorisini esas alan ilk prensip bilgisayar hesaplamaları metodu kullanıldı. Tekli- ve ikili-atomik Pt kümelerinin her ikisi için en kararlı yüzeye tutunma bölgelerini tanımlamak için sistematik bir çalişma gerçekleştirildi. Türler için bir çok kararlı yüzeye tutunma geometrisinin tanımlanmasının yanı sıra bunları Pt kümeleri ve alttaş ıle etkileşimleri de gösterildi. Bu kapsamda, yüzeye tutunma özelliklerini analiz etmek önemlidir çünkü bu analizler bir reaksiyon mekanizmasındaki en kararlı konfigürasyonu belirlememize olanak sağlar. Katalizörlerün reaktivitesindeki bir diğer önemli faktör ise katalitik bir reaksiyonun verimliliği ve aktivitesi üzerinde büyük bir etkisi olan alttaş malzemedir. Geçiş metali karbürler (TMCs) katalitik bir reaksiyonda alttaş bir malzeme olarak iyi bir alternatiftir. Dolayısıyla, alttaş bir malzeme olarak platinyum karbür (PtC)'ün yüzeylerini incelemek önemlidir. Zincblende kristal yapıdaki PtC'nin özellikleri bir çok kez çalışılmışken, düşük indeksli yüzeylerin elektronik ve yapısal özelliklerinin ayrıntılı olarak anlaşılması eksik kalmıştır. Bu çalışma kapsamında, beş farklı kristalografik ZB yapıdaki PtC yüzeyinin (Pt/C ile biten PtC(100), PtC(110) ve Pt/C ile biten PtC(111)) özelliklerinin temel prensipler incelenmesi verilmiştir. Atomik oksijen için bağlanma geometrileri tespit edilmiş ve bunların yüzey atomları ile olan etkileşimleri, yüzeye tutunma enerjileri, ve yüzeye tutunan atomlarla yüzey atomları arasındaki ilişki bağlanma doğası cinsinden karakterize edilmiştir. Oluşan yapının boşluk oluşma enerjisine gore ZB PtC(111) yüzeyi üzerinde C' nin yok edilmesi kolay olup dışarı ısı verenken, Pt'nin yok edilmesi dışarıdan ısı alandır. Temel-prensip termodinamiksel analizler göstermektedir ki Pt- ile biten PtC(100) ve PtC(111) yüzeyleri en kararlı yüzeylerdir ve yüksek oksijen katkılı PtC(100) yüzeyi 3000 K gibi sıcaklıklarda bile kararlıdır. Okside ve geçiş metal karbür yüzeylerinin katalitik özelliklerine ek olarak, klor (Cl) atomunun grafen yüzeyi ve hidrojen ile doyurulmuş grafen nanoşeritleri ile olan etkileşimleri de yoğunluk fonksiyoneli yöntemleri ile çalışılmıştır. Elektrik alan altındaki temiz ve kusurlu grafen yüzeyi üzerine bağlanmış Cl atomunun elektronik ve yapısal özellikleri tartışılmıştır. En kararlı yapıların sırasıyla Cl atomu için grafen üzerinde C atomu üzerinde olduğu, Cl molekülü (Cl2) içinse grafen yüzeyine paralel altıgen karbon zincirinin merkezinde (hollow) olduğu bulunmuştur. Zig-zag ve armchair grafen nanoşeritlerinin boyutlarının, mıknatıslanma, Cl atomunun bağlanma özellikleri ve yük geçişlerine olan etkileri de dahil olmak üzere enerji bant yapıları elde edilmiştir.

Summary:

The first-principles computations based on density functional theory is used to study the adsorption properties and the activation of CO, CO2 and H2O on gamma-Al2O3(100) surface. A systematic study has been conducted to identify the most stable adsorption sites for both mono- and di-atomic Pt clusters. Several stable adsorption geometries have been identified for the species as well as introduces their interaction with Pt clusters and the support. In this context, analysis of the adsorption properties allows us to establish the most stable configuration in a reaction mechanism. Another important factor in the reactivity of catalyst is the support material which has a great influence on the efficiency and activity of a catalytic reaction. Transition metal carbides (TMCs) are a good alternative as a support material in a catalytic reaction. Therefore, studying on the surfaces of platinum carbide (PtC) as a support material is being important. While the bulk structure of zincblende (ZB) PtC has been investigated several times, a detailed understanding of the electronic and structural properties of its low-index surfaces is lacking. Within this study, we present an ab-initio investigation of the properties of five crystallographic ZB PtC surfaces, Pt/C-terminated PtC(100), PtC(110) and Pt/C-terminated PtC(111). Adsorption geometries have been identified for the atomic oxygen, and its interaction with surface atoms is characterized in terms of adsorption energies and the nature of bonding between the adsorbed and surface atoms. Calculated vacancy formation energies indicate facile C removal (exothermic) on the ZB PtC(111) surface, and Pt-vacancy formation is endothermic with respect to the vacancy formation energy. An ab-initio thermodynamical analysis shows that the most stable surfaces are the Pt-terminated PtC(100) and PtC(111) surfaces, and the higher oxygen coverages of PtC(100) surface are stable even at temperature as high as 3000 K. In addition to the catalytic properties of an oxide surface and TMCs, we have also studied the interaction of chlorine (Cl) atom with graphene sheet and H-terminated graphene nanoribbons (GNRs) based on density functional theory (DFT). We have discussed the electronic and structural properties of adsorbed Cl atom on pristine and defective graphene under applied electric field. We have found that the most stable adsorption configurations are the on-site geometry and hollow site aligned parallel to the graphene plane for single and molecular Cl atom (Cl2), respectively. The energy band structures are also performed to understand the nature of size effect including the effects on the magnetization, adsorption behavior of single Cl atom and charge transfer in graphene nanoribbons with zig-zag and armchair edges.