Tez Arşivi

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


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı

An ab initio surface design of FeTi for hydrogen storage applications

FeTi bileşiğinde hidrojen depolama uygulamaları için temel prensipler yöntemiyle yüzey çalışması

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 255417 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

In this study, the effect of surface crystallography on hydrogen molecule adsorption properties on FeTi surfaces is presented. Furthermore, the substitutional adsorption of 3d-transition metals on (001), (110) and (111) surfaces of FeTi is studied. Using ab initio pseudopotential methods, the adsorption energies of hydrogen and 3d-transition metals are calculated. In substitutional adsorption of 3d-transition metals, Fe-terminated (111) and Ti-terminated (001) surfaces, are found to express the lowest adsorption energies. The adsorption energy versus adsorbed elements? curves are very alike for all the surfaces. According to this, going from the left to right of periodic table, the adsorption energies increase first. The maximum energy belongs to Cr, Mn and Fe for all the surfaces. Then a minimum is observed in Co for all the surfaces and after that the energy increases again. Adsorption energies of atomic and molecular hydrogen are calculated on high symmetry sites of surfaces. As a result, top and bridge sites came out to be the most stable positions for molecular and atomic hydrogen adsorption, respectively, for (001) and (111) surfaces in all terminations. In (110) surface; however, 3-fold (Ti-Ti)L-Fe and 3-fold (Ti-Ti)S-Fe hollow sites express the lowest adsorption energies for molecular and atomic hydrogen, respectively. Considering the minimum adsorption energy sites for hydrogen molecule and atom, a path of dissociation of hydrogen molecule on surfaces is represented. After that by fully relaxing the hydrogen molecule on the surface and using CI-NEB method the activation energy for hydrogen dissociation is calculated. So it has been found that on Fe-terminated (111) and FeTi (110) surfaces the dissociation of hydrogen molecule happens without activation energy. Meanwhile, the activation energy for Fe-terminated (001) surface and Ti-terminated (001) surface, is calculated to be 0.178 and 0.190 eV, respectively.

Summary:

Bu çalışmada, FeTi bileşiğindeki yüzey kirstalografisinin, hidrojen atom ve molekülünün soğrulmasına olan etkileri incelenmiştir. Ayrıca 3d geçiş metallerinin, FeTi bileşiğindeki düşük indisli yüzeylere yerine-geçen tip soğrulması da çalışılmıştır. Her iki çalışmada da irdelenen yüzeyler (001), (111) ve (110) kristal düzlemlerdir. Temel prensipler psödopotansiyel yöntemi kullanılarak hidrojen ve geçiş elementlerinin soğurma enerjileri hesap edilmiştir. Geçiş elementlerinin yerine-geçen tip soğurma enerjilerine bakıldığında, en düşük soğurma enerjilerinin Fe ile sonlanmış (111) yüzeyinde, daha Ti ile sonlanmış (001) yüzeyinde oluştuğu görülmüştür. Diğer yüzeylerdeki soğurma enerjileri bir birine yakın bir davranış sergilerken, en yüksek değerler Ti ile sonlanmış (111) yüzeyinde görülmüştür. Erken geçiş elementlerinden orta elementlere doğru gittikçe, soğurma enerjilerinde önce bir miktar artış olduğu görülmektedir. Bütün yüzeyler dikkate alındığında, bu artışın en fazla olduğu elementlerin Cr, Mn ve Fe olduğu, sonra Co elementine gelindiğinde soğurma enerjisinin aniden düştüğü belirlenmiştir. Geç geçiş elementlerine doğru soğurma enerjileri tekrar bir artış göstermektedir. Hidrojen atomu ve molekülü soğurma enerjileri, bahsi geçen yüzeylerde yüksek simetriye sahip bir takım özel pozisyonlarda hesap edilmiştir. Buna göre, Fe ve Ti ile sonlanmış (001) ve (111) yüzeylerinde, H2 molekülünün en düşük soğurma enerjisine sahip olduğu pozisyonun, yüzey atomlarının tepe noktası olduğu, H atomunda ise yüzey atomları arası köprü pozisyonu olduğu tespit edilmiştir. (110) yüzeyinde ise, H2 molekülünün iki uzun köprülü Ti ve bir Fe atomunun oluşturduğu üçlünün orta boşluğunu tercih ettiği, H atomunun ise iki kısa köprülü Ti ve bir Fe atomunun oluşturduğu üçlünün orta boşluğuna soğrulduğu görülmüştür. En düşük soğurma enerjilerine sahip olan durumların analizi ile, her bir yüzey için, H2 molekülü için ayrışma mekanizmaları ileri sürülmüştür. Bu mekanizmaları dikkate alınarak, hidrojenin ayrışma reaksiyonunun aktivasyon enerjileri hesap edilmiştir. Buna göre, Fe ile sonlanmış (111) ve (110) yüzeylerinde ayrışmanın aktivasyon içermediği tespit edilmiştir. Ancak her bir H2 molekülünün ayrışması için, Fe ile sonlanmış (001) yüzeyinde 0.178 eV ve Ti ile sonlanmış (001) yüzeyinde 0.190 eV aktivasyon engeli olduğu bulunmuştur.