Vliv povrchových skupin na vlastnosti a reaktivitu 2D karbidů přechodných kovů

Karolína TKÁČOVÁ

Master's thesis

The effect of surface terminations on the properties and reactivity of 2D transitional metal carbides

Abstract:

Karbidy Vanadu V2CTx jsou nepříliš prozkoumaným 2D materiálem. Vzhledem k slibným vlastnostem vanadu v Mxenech jsme provedli výpočty (Kohézní energie, BDE (bond disociation energy), disociační energie, výstupní práce, pásových struktur )a nábojovou analýzu s různými terminálními skupinami (F, O, OH), které se mohou na jeho povrchu nacházet. Zjistili jsme že nejpreferovanější konformaci, ve které se tyto MXeny nacházejí je konformace, kdy jsou terminální skupiny lokalizovány nad dutinou tvořenou sousedními atomy uhlíku. V této konformaci má většina našich struktur (s O2, OH2, FO a OOH terminálními skupinami) větší hodnoty BDE (největší hodnotu má V2COH2 a to -9.55 eV, naopak nejmenší hodnotu -8,10 eV má V2CF2), což poukazuje, že jsou zde terminální skupiny pevněji vázány. Podobné trendy byly pozorovány i u disociační energie. Po zavedení defektu došlo k minimálním strukturálním změnám. Analýza pásových struktur ukázala, že vakance nemají vliv na jejich vodivé vlastnosti. Hodnoty výstupní práce byly v souladu s hodnotami uváděnými v literatuře. Nábojovou analýzou bylo zjištěno, že s rostoucí velikostí buňky, dochází ke snižovaní elektrofility vakance a vliv vakance se nepřenáší na druhou stranu Mxenu díky uhlíku, který zde působí jako bariéra.

Abstract:

Vanadium carbides (V2CTx) are relatively poorly explored 2D materials. Due to the promising properties of vanadium in Mxenes, we performed calculations of cohesion energies, BDE (bond dissociation energy), dissociation energy, work function, band structure and charge analysis with different terminal groups (F, O, OH), which can usualy be found on the surface of MXenes. We found that the most preferred conformation in which these Mxenes are found isone where the terminal groups are located above the cavity formed by the neighboring carbon atoms. In this conformation, most of our structures (with O2, OH2, FO and OOH terminal groups) have larger BDE values (the largest value is V2COH2: -9.55 eV, on the other end, the smallest value was -8.10 eV for V2CF2), indicating that the terminal groups are more tightly bound in this conformation. Similar trends were also observed for the dissociation energies. Minimal structural changes occurred during relaxation after introduction of the defect. The analysis of band structures showed that vacancies do not change the MXenes metalic character. The values of the work function were in good agreement with the values reported in the literature. Charge analysis showed that the increasing cell size, decrease the electrophilicity of the vacancy, and the effect of the vacancy is not transferred to the other side of Mxen due to the carbon acting t acts as a barrier here.

Keywords

MXeny, V2CTx, terminální skupiny, DFT, BDE, výstupní práce, Baderova nábojová analýza, pásová struktura, disociační energie

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 4. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 2. 6. 2023
• Supervisor: Mgr. Michal Novotný, PhD.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Applied Physics / Nanostructure Physics