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TPHE-Graphene: A First-Principles Study of a New 2D Carbon Allotrope for Hydrogen Storage

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Autor(es):
Laranjeira, Jose A. S. ; Martins, Nicolas F. ; Lopes Lima, Kleuton Antunes ; Cabral, Luis A. ; Ribeiro Junior, Luiz A. ; Galvao, Douglas S. ; Sambrano, Julio R.
Número total de Autores: 7
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: ACS OMEGA; v. 10, n. 32, p. 12-pg., 2025-08-06.
Resumo

The shift from fossil fuels to renewable energy sources is essential for reducing global carbon emissions and addressing climate change. Developing advanced materials for efficient hydrogen storage enables the development of sustainable energy solutions in this context. Herein, we propose sodium-decorated TPHE-graphene as a high-performance two-dimensional material for hydrogen storage. Density functional theory calculations and molecular dynamics simulations demonstrate that TPHE-graphene exhibits dynamical, thermal, energetic, and mechanical stability. The monolayer displays metallic behavior and a high Young's modulus of 250.46 N/m. Upon sodium decoration, strong chemisorption occurs with a binding energy of -2.08 eV and minimal tendency for Na atom clustering. Hydrogen adsorption analysis reveals that each Na atom can bind up to five H2 molecules, resulting in a gravimetric storage capacity of 9.52 wt %. The calculated H2 adsorption energies range from -0.22 to -0.18 eV, falling within the ideal range for reversible adsorption under ambient conditions. These findings highlight Na-decorated TPHE-graphene as a structurally robust and efficient hydrogen storage material well-suited for future green energy applications. (AU)

Processo FAPESP: 20/01144-0 - Propriedades eletrônicas, estruturais dos compostos ABO4 (A = Ba, Ca, Cd, Sr e Pb e M = Mo e W) e modelagem das transformações morfológicas de suas nanopartículas
Beneficiário:José Artigas dos Santos Laranjeira
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
Processo FAPESP: 24/19996-3 - Efeitos da Incidência de Laser e Feixe de Elétrons em Materiais Semicondutores: Investigação ab initio
Beneficiário:Luis Antônio Cabral
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 24/05087-1 - Funcionalização na superfície de Mxenes de carbetos e nitretos para o armazenamento de hidrogênio
Beneficiário:Nicolas Ferreira Martins
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 22/03959-6 - Estruturas bidimensionais para armazenamento de energia e sensores de gases: a teoria direcionada a experimentalistas e para a divulgação científica
Beneficiário:Julio Ricardo Sambrano
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 22/16509-9 - Simulações computacionais de heteroestruturas baseadas em dicalcogenetos metálicos de transição, MXenos e novos alótropos do carbono
Beneficiário:José Artigas dos Santos Laranjeira
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais
Beneficiário:Munir Salomao Skaf
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs