Optoelektronik ve hidrojen depolama uygulamaları için AlH3 polimorflarının yüksek basınç altında yapısal, elektronik, optik ve mekanik özelliklerinin ilk-prensiplerle incelenmesi
First-principles investigation of structural, electronic, optical and mechanical properties of AlH3 polymorphs under high pressure for optoelectronic and hydrogen storage applications
- Tez No: 990914
- Danışmanlar: PROF. DR. SÜLEYMAN ÇABUK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Metal hidrürler, günümüzde enerji depolama uygulamaları için en çok araştırılan malzemelerden biridir. Bu araştırmada, optoelektronik uygulamalar ve hidrojen depolama için potansiyel bir malzeme olarak AlH3 polimorflarının ortam koşulları ve basınç altında detaylı olarak yapısal, mekanik, elektronik ve optik özellikleri ilk-prensipler metodu kullanılarak incelenmiştir. AlH3 bileşiklerinin basınç kaynaklı faz geçiş sırasının β→ α'→ α → Pnma →Pm-3n olduğunu ve faz geçiş basınç değerleri sırasıyla 0,27, 0,80, 31,03 ve 60,8 GPa olarak belirlenmiştir. AlH3 bileşiklerinin elastik sabitleri hesaplanmış olup, ortam basıncında β-, α-, α'-, γ- ve P63/m fazları Born kararlılık kriterlerini karşılamaktadır. Pnma, Im-3m ve Pm-3n ise Born kararlılık kriterini sağlayamadıkları için mekaniksel olarak kararsızdır. Mekanik olarak kararlı olan bileşiklerin elastik modülü, Poisson oranı, anizotropik faktörü, akustik hız, sertlik ve Debye sıcaklığı hesaplanmıştır. Bileşiklerin elektronik bant yapısı hem standart DFT hem HSE06 hibrit yaklaşımıyla hesaplanmış olup, β-, α'-, α-, γ-, P63/m ve Pnma- AlH3'nin yarıiletken, Pm-3n ve Im-3m- AlH3'nin ise metalik olduğunu görülmüştür. Bileşiklerinin elektronik yasak bant aralığının basınçla değişimi de incelenmiştir. Ortam koşullarında hesaplanan durum yoğunluğu, yük yoğunluğu ve Bader yük analizler, AlH3 yapısındaki bağların baskın olarak iyonik karakterde olduğunu göstermiştir. Oluşum entalpi hesaplamaları, β-, α'-, α- ve γ-AlH3 yapılarının termodinamik olarak kararlı olduğunu göstermiştir. Termodinamik olarak kararlı olan yapıların optik spektrumların 0 - 40 eV aralığında basınç altında hesaplanmış olup, bantlar arası optik geçişler incelenmiştir. β-, α'-, α- ve γ- AlH3'nün gravimetrik ve hacimsel hidrojen depolama kapasitelerinin yanı sıra desorpsiyon sıcaklığı da analiz edilmiştir. Hesaplanan tüm sonuçlar literatürdeki mevcut sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, β-, α'-, α- ve γ-AlH3'nin hidrojen depolama ve optoelektronik uygulamaları için oldukça umut verici olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Metal hydrides are one of the most researched materials for energy storage applications today. In this study, the structural, mechanical, electronic and optical properties of AlH3 polymorphs as a potential material for optoelectronic applications and hydrogen storage under ambient conditions and pressure were investigated in detail using the first-principles method. The pressure-induced phase transition sequence of AlH3 compounds was determined β→ α'→ α → Pnma →Pm-3n and the phase transition pressure values were determined as 0.27, 0.80, 31.03 and 60.8 GPa, respectively. The elastic constants of AlH3 compounds have been calculated, and the phases β-, α-, α'-, γ-, and P63/m at ambient pressure meet the Born stability criteria. Pnma, Im-3m, and Pm-3n are mechanically unstable because they fail to meet the Born stability criterion. The elastic modulus, Poisson's ratio, anisotropic factor, acoustic velocity, hardness and Debye temperature of mechanically stable compounds were calculated. The electronic band structure of the compounds was calculated by both standard DFT and HSE06 hybrid approach, and it was observed that β-, α'-, α-, γ-, P63/m and Pnma-AlH3 were semiconductors, while Pm-3n and Im-3m AlH3 were metallic. The change of the electronic forbidden bandgap of its compounds with pressure has also been studied. Density of state, charge density and Bader charge analyses calculated under ambient conditions showed that the bonds in the AlH3 structure were predominantly ionic. Formation enthalpy calculations have shown that the β-, α'-, α-, and γ-AlH3 structures are thermodynamically stable. The optical spectra of thermodynamically stable structures were calculated under pressure in the range of 0 - 40 eV, and optical transitions between bands were examined. The gravimetric and volumetric hydrogen storage capacities of β-, α'-, α-, and γ AlH3, as well as the desorption temperature, were analysed. All calculated results were compared with the existing results in the literature. The results show that β-, α'-, α-, and γ-AlH3 are highly promising for hydrogen storage and optoelectronics applications.
Benzer Tezler
- Synthesis and applications of new polyaniline-based polymers and its composites
Yeni polianilin esaslı polimer ve kompozitlerinin sentezlenmesi ve uygulamaları
FATMA TUBA ÇOĞALMIŞ
Doktora
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Preparation and characterization of carbon quantum dot- based composite thin films
Karbon kuantum nokta esaslı kompozit ince filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
RAMAZAN FERHAT ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDEN BEYHAN
- Farklı katyon katkılı Ceo2 bileşiklerinden elektrokimyasal yöntemle hidrojen gazı eldesi
Obtaining hydrogen gas from different cation-doped Ceo2 compounds by electrochemical method
RABİA KIRKGEÇİT KARAKELLE
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
KimyaKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TÜMER
DOÇ. DR. HANDAN ÖZLÜ TORUN
- Kobalt ftalosiyanin ve kobaltoksim komplekslerinin fotokimyasal ve elektrokimyasal incelenmesi
Photochemical and electrochemical investigation of cobalt phtalocynanine – cobaltoximes complexes
AYKUT DEMİR
- Batarya elektrolit materyali ve optoelektronik aygıt olarak iyonik sıvıların yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the structural properties of ionic liquids as battery electrolyte material and optoelectronic device
KÜRŞAT ARDUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSinop ÜniversitesiNükleer Enerji ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. MUSTAFA KARAKAYA