多功能MnC30:H纳米笼的原子级设计：一种有前景的储氢及下一代能源技术平台

《Journal of Fluorescence》：Atomic-Level Design of a Multifunctional MnC30:H Nanocage: A Promising Platform for Hydrogen Storage and Next-Generation Energy Technologies

　　

摘要

开发能够结合氢储存与能量转换特性的多功能材料对于可持续能源技术至关重要。在此，采用第一性原理密度泛函理论 (DFT) 计算系统地研究了 MnC??:H 纳米笼的结构、电子、磁学、光学、热力学、热电、振动及氢吸附性能。结构优化表明该体系能量稳定，而声子计算显示不存在虚频，确认了其动力学稳定性。该纳米笼具有约 4.0 μ_B 的磁矩，主要源于 Mn-3d 态，费米能级附近显著的 Mn-3d/C-2p 杂化有助于形成自旋极化电子特性。强烈的可见光吸收和增强的介电响应进一步表明其在光电子应用方面的潜力。热力学分析表明在所研究温度范围内具有良好的热稳定性。氢吸附计算显示分子 H? 在 Mn 活性位点处具有有利的结合，重量储氢容量为 5.1 wt%。色散校正计算表明范德华相互作用显著影响吸附强度，PBE-D₃(BJ) 得出的适中吸附能为 ? 0.42 eV，支持潜在的可逆氢储存。零点能修正进一步揭示了依赖于位点的吸附能量学和结构响应。热电计算预测了正的塞贝克系数和 800 K 时最大 1.0 的优值 (ZT)，表明其具有前景的高温和能量转换性能。总体而言，稳定性、磁学、光学、热电及可调氢吸附特性的结合突显了 MnC??:H 作为未来可持续能源和氢储存应用的有前景的多功能纳米材料。