論文の概要: Understanding Anharmonic Effects on Hydrogen Desorption Characteristics
of Mg$_n$H$_{2n}$ Nanoclusters by ab initio trained Deep Neural Network
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.13956v1
- Date: Sat, 27 Nov 2021 18:33:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2021-12-02 12:36:19.398411
- Title: Understanding Anharmonic Effects on Hydrogen Desorption Characteristics
of Mg$_n$H$_{2n}$ Nanoclusters by ab initio trained Deep Neural Network
- Title（参考訳）: ab initio型深層ニューラルネットワークによるmg$_n$h$_{2n}$ナノクラスターの水素脱離特性に対する無調和効果の理解
- Authors: Andrea Pedrielli, Paolo E. Trevisanutto, Lorenzo Monacelli, Giovanni
Garberoglio, Nicola M. Pugno, Simone Taioli
- Abstract要約: 水素化マグネシウム(MgH$$)は効率的な水素貯蔵のために広く研究されている。
しかし、そのバルク脱離温度(553K)は実用には高すぎると考えられている。
ドーピングの他に、水素を放出するためのそのような反応エネルギーを減少させる戦略は、MgH$$ベースのナノ粒子(NP)を用いることである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Magnesium hydride (MgH$_2$) has been widely studied for effective hydrogen
storage. However, its bulk desorption temperature (553 K) is deemed too high
for practical applications. Besides doping, a strategy to decrease such
reaction energy for releasing hydrogen is the use of MgH$_2$-based
nanoparticles (NPs). Here, we investigate first the thermodynamic properties of
Mg$_n$H$_{2n}$ NPs ($n<10$) from first-principles, in particular by assessing
the anharmonic effects on the enthalpy, entropy and thermal expansion by means
of the Stochastic Self Consistent Harmonic Approximation (SSCHA). The latter
method goes beyond previous approaches, typically based on molecular mechanics
and the quasi-harmonic approximation, allowing the ab initio calculation of the
fully-anharmonic free energy. We find an almost linear dependence on
temperature of the interatomic bond lengths - with a relative variation of few
percent over 300K -, alongside with a bond distance decrease of the Mg-H bonds.
In order to increase the size of NPs toward experiments of hydrogen desorption
from MgH$_2$ we devise a computationally effective Machine Learning model
trained to accurately determine the forces and total energies (i.e. the
potential energy surfaces), integrating the latter with the SSCHA model to
fully include the anharmonic effects. We find a significative decrease of the
H-desorption temperature for sub-nanometric clusters Mg$_n$H$_{2n}$ with $n
\leq 10$, with a non-negligible, although little effect due to anharmonicities
(up to 10%).
- Abstract（参考訳）: 水素化マグネシウム(MgH$_2$)は効率的な水素貯蔵のために広く研究されている。
しかし、そのバルク脱離温度(553K)は実用には高すぎると考えられている。
ドーピングの他に、水素を放出する反応エネルギーを減少させる戦略として、MgH$_2$-based nano Particles (NPs) を用いる。
本稿では,第一原理からのmg$_n$h$_{2n}$ nps(n<10$)の熱力学的性質,特に確率的自己整合調和近似(sscha)によるエンタルピー,エントロピー,熱膨張に対するアンハーモニック効果について検討した。
後者の手法は、分子力学と準調和近似に基づく従来のアプローチを超越し、完全調和自由エネルギーのab initio計算を可能にする。
原子間結合長の温度にほぼ線形な依存性があり、相対的な変化は300Kを超えるが、Mg-H結合の結合距離は減少する。
MgH$_2$から水素脱離実験に向け,NPのサイズを増大させるために,計算効率の良い機械学習モデルを考案し,力と総エネルギー(ポテンシャルエネルギー面)を正確に決定し,後者をSSCHAモデルに統合し,非調和効果を完全に含むようにした。
サブナノメトリッククラスタのh-脱離温度は、n \leq 10$でmg$_n$h$_{2n}$であり、非無視できるが、非調和性(最大10%)による影響はほとんどない。
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