เสถียรภาพเชิงโครงสร้างและสมบัติเชิงอิเล็กทรอนิกส์ของ K-Intercalated polymeric carbon nitride ภายใต้ความดันโดยใช้การคำนวณเชิงฟังก์ชันนอลของความหนาแน่น
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ญาณศรณ์ อังคณาวิศัลย์, ถิรณัฏฐ์ กาญจนธัญรัตน์, ภูผา โชคพระสมบัติ
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
พรมงคล จิ้มลิ้ม
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
สาร Polymeric Carbon Nitride เป็นสารที่มีสมบัติน่าสนใจหลายประการ หนึ่งในนั้นคือความสามารถในการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการเกิด H-Evolution[1] ซึ่งเป็นสิ่งที่น่าสนใจสำหรับวงการพลังงานทางเลือก เนื่องจาก H2 สามารถใช้เป็นพลังงานทางเลือกที่สะอาดและมีประสิทธิภาพ เพราะให้ผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญเชื้อเพลิงเป็นน้ำ รวมถึงให้พลังงานสูงกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลเมื่อเปรียบเทียบในปริมาณที่เท่ากัน[2] นอกจากนี้ไอโซโทปของไฮโดรเจนยังสามารถใช้เป็นสารตั้งต้นของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน[3] ซึ่งเป็นพลังงานทางเลือกที่ทั้งสะอาด ให้พลังงานสูงและปลอดภัยกว่านิวเคลียร์ฟิชชัน รวมถึงคุณสมบัติที่เบาและให้พลังงานสูงของ H2 สามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวดซึ่งจะช่วยลดต้นทุนได้มหาศาลเนื่องจากสามารถลดน้ำหนักโดยรวมของจรวดได้[4] ดังนั้นหากสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ H-Evolution ได้ ก็จะเป็นประโยชน์ในแง่ของการผลิตในปริมาณมากและราคาที่ถูกลงได้ จากการวิจัยของ Chuntian Qiu และคณะได้ศึกษาวิธีการสังเคราะห์ H2 / D2 จากน้ำด้วยวิธีการ artificial photosynthesis โดยใช้สารประกอบ Potassium Polymeric Carbon Nitride (KPCN) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาพบว่าสารดังกล่าวสามารถเร่งปฏิกิริยาการเกิดให้เร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่เปรียบ-เทียบกับสาร Polymeric carbon nitride (PCN) อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลง โครงสร้าง จากที่เป็น Amorphous กลายเป็นโครงสร้างที่เป็นระเบียบมากขึ้นหลังจากกลายเป็น KPCN และยังพบอีกด้วยว่ามี Band gap ที่ลดลงจาก 2.77 eV ไปเป็น 2.70 eV ซึ่งจากงานวิจัยของ Chris J. Pickard [5] และคณะกล่าวว่า optical band gap ของสารในช่วง 1.6-2.7 eV เป็นช่วงที่สำคัญที่สุดในกระบวนการ Photocatalysis โดยค่า band gap สามารถเปลี่ยนแปลงได้จากการปรับเปลี่ยนโครงสร้างด้วยความดันสูง
นอกจากนี้ เนื่องจาก PCN มีโครงสร้างที่หลากหลาย ดังนั้นการศึกษาโครงสร้างที่เป็นไปได้ในช่วงความดันต่าง ๆ จึงจึงมีความสำคัญในการศึกษาด้านอื่น ๆ เช่น สมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์หรือการตรวจจับสเปกตรัมจากดาวเคราะห์[6]
ผู้จัดทำจึงความสนใจในการหาโครงสร้างและสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ ของ KPCN ในรูปแบบของ Graphitic carbon nitride (g-C3N4) ในช่วง 0-100 GPa เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงโครงสร้างและ band gap ของ KPCN ภายใต้ความดันสูง ซึ่งคาดว่าจะสามารถนำไปใช้เป็นข้อมูลในการพัฒนากระบวนการ Photocatalysis ได้