Learning Centre

Hydrogen interaction with carbon nanostructures

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Ganchenkova, Maria, Dr.
dc.contributor.author Vehviläinen, Timo
dc.date.accessioned 2012-05-25T06:06:25Z
dc.date.available 2012-05-25T06:06:25Z
dc.date.issued 2012
dc.identifier.isbn 978-952-60-4470-5 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-4469-9 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/3519
dc.description.abstract The synthesis of various new carbon nanomaterials, such as graphene and three dimensional fullerene solids has created much interest in scientific community, since it is assumed that these novel structures have many potential applications in the field of materials science. However, many important questions are still unanswered, varying from synthesis to interaction between adsorbents and carbon substrate. This thesis presents methods and results for simulations of a wide variety of carbon nanostructures of different dimensionalities: from zero dimensional fullerenes to three dimensional porous carbon structures. In order to simulate a wide range of different time scales, multiscale simulations, which combine ab initio density-functional theory calculations, classical molecular dynamics and the kinetic Monte Carlo method are performed. The focus of the thesis is on the structures which could have revolutionary applications in the future and to which the materials science community has built up great expectations. Functionalization of carbon materials via hydrogenation has recently attracted a lot of attention. Two main mainstream topics are: to modify electronic properties and/or to use the structure for hydrogen storage. For both of these, a profound knowledge of hydrogen interaction with the carbon structures is indispensable to be able to control the material properties. In this thesis, special attention has been paid to hydrogen interaction with carbon nanostructures and how hydrogen modifies the properties of these materials. Also, kinetic behaviour of hydrogen on the studied structures are investigated. The results presented in this thesis clarify hydrogen adsorption/desorption energetics on various carbon nanostructures and how hydrogen can be used as a tool to nano-engineer the electronic properties. In addition, several new carbon nanostructures found in our studies are presented. These novel structures have interesting properties and could be suitable for many applications. en
dc.description.abstract Uusien hiilen nanomateriaalien kuten grafeenin ja 3-dimensioisten fullereenipolymeerien syntetisointi on herättänyt tiedepiireissä paljon kiinnostusta, koska oletetaan, että näillä materiaaleilla on monia käytännön sovelluksia. Monet tärkeät kysymykset liittyen näiden materiaalien syntetisointiin sekä nanorakenteiden vuorovaikutuksiin niihin adsorboituneiden hiukkasten kanssa ovat kuitenkin vielä vastaamatta. Tämä väitöskirja esittelee menetelmät ja tulokset useiden erilaisten hiilen nanorakenteiden simulaatioista: 0-dimensioisista fullereeneistä 3-dimensioisiin huokoisiin hiilirakenteisiin. Työssä on käytetty monen mittakaavan simulaatioita jotta on pystytty mallintamaan ilmiöitä mahdollisimman laajalla aikaskaalalla. Nämä simulaatiot yhdistävät tiheysfunktionaaliteoriaan perustuvia laskuja, klassista molekyylidynamiikkaa ja Monte Carlo menetelmiin perustuvia simulaatiomalleja. Väitöstyön painopiste on rakenteissa joilla voi tulevaisuudessa olla käänteentekeviä sovelluksia ja joihin tiedepiirit kohdistavat suuria odotuksia. Hiilimateriaalien ominaisuuksien muokkaaminen hydraamalla on viime aikoina saanut paljon huomiota. Hydrauksella on pyritty joko muokkaamaan elektronisia ominaisuuksia tai käyttämään hiilimateriaalia vedyn varastointiin. Molemmissa tapauksissa syvällinen ymmärrys vedyn ja hiilirakenteen välisestä vuorovaikutuksesta on välttämätöntä. Tässä väitöskirjassa on tarkasteltu erityisesti vedyn vuorovaikutusta hiilen nanomateriaalien kanssa ja tutkittu kuinka vety muokkaa näiden materiaalien ominaisuuksia. Vedyn kinetiikka hiilen nanorakenteissa on myös yksi väitöksen tutkimuskohteista. Tämän väitöskirjan tulokset selventävät vedyn adsoptio/desorptio kinetiikkaa hiilen nanorakenteissa ja kuinka vetyä voidaan käyttää näiden materiaalien elektronisten ominaisuuksien muokkaamiseen. Lisäksi, väitöskirja esittelee useita uusia nanorakenteita joilla on mielenkiintoisia ominaisuuksia ja joita voidaan mahdollisesti käyttää monissa sovelluksissa. fi
dc.format.extent 184
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 5/2012
dc.relation.haspart Vehviläinen, T.T., Ganchenkova, M.G., Nieminen, R.M., C20-Based Polymers: electronic and elastic properties and stability studies, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9, 4367 (2009).
dc.relation.haspart Vehviläinen, T.T, Ganchenkova, M.G., Borodin, V.A., and Nieminen,R.M., Multiscale study of hydrogen diffusion and clustering on carbon nanotube, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9, 4246 (2009).
dc.relation.haspart Ganchenkova, M.G., Vehviläinen, T.T., Nieminen, R.M., Quasigraphite: Density functional theory based predictions of a structure and its properties, Physical Review B 78, 195421 (2008).
dc.relation.haspart Vehviläinen, T.T., Ganchenkova, M.G., Nieminen, R.M., Nanoporous carbon structures based on C20, Physical Review B 84, 125444 (2011).
dc.relation.haspart Vehviläinen, T.T., Ganchenkova, M.G., Nieminen, R.M., Hydrogen interacion with fullerenes: from C20 to graphene, Physical Review B 84, 085447 (2011).
dc.relation.haspart Borodin, V.A., Vehviläinen, T.T., Ganchenkova, M.G., Nieminen, R.M., Hydrogen transport on graphene: Competition of mobility and desorption, Physical Review B 84, 075486 (2011).
dc.relation.haspart Ganchenkova, M.G., Vehviläinen, T.T., Nieminen, R.M., Exotic carbon phases: structure and properties, in Colombo, L., and Fasolino, A.,(eds.), Computer-Based Modeling of Novel Carbon Systems and Their Properties, (Springer, Heidelberg 2010).
dc.subject.other Physics en
dc.title Hydrogen interaction with carbon nanostructures en
dc.title Hiilen nanorakenteiden ja vedyn välinen vuorovaikutus fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Teknillisen fysiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Applied Physics en
dc.subject.keyword carbon en
dc.subject.keyword hydrogen en
dc.subject.keyword fullerene en
dc.subject.keyword nanotube en
dc.subject.keyword interaction en
dc.subject.keyword density functional theory en
dc.subject.keyword hiili fi
dc.subject.keyword vety fi
dc.subject.keyword fullereeni fi
dc.subject.keyword nanoputki fi
dc.subject.keyword vuorovaikutus fi
dc.subject.keyword tiheysfunktionaaliteoria fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-4470-5
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Nieminen, Risto, Prof.
dc.opn Bolton, Kim, Prof., University of Borås
dc.rev Pakkanen, Tapani, Prof., University of Eastern Finland
dc.rev Seifert, Gotthard, Prof., Technische Universität Dresden
local.aalto.digifolder Aalto_66686
local.aalto.digiauth ask


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse