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Choosing a density functional for modeling adsorptive hydrogen storage: reference quantum mechanical calculations and a comparison of dispersion-corrected density functionals
저자
Kocman, Mikulá ; š ; Jureč ; ka, Petr ; Dubecký ; , Matú ; š ; Otyepka, Michal ; Cho, Yeonchoo ; Kim, Kwang S.
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2015
작성언어
-등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
6423-6432(10쪽)
제공처
소장기관
<P>Hydrogen storage in carbonaceous materials and their derivatives is currently a widely investigated topic. The rational design of novel adsorptive materials is often attempted with the help of computational chemistry tools, in particular density functional theory (DFT). However, different exchange–correlation functionals provide a very wide range of hydrogen binding energies. The aim of this article is to offer high level QM reference data based on coupled-cluster singles and doubles calculations with perturbative triple excitations, CCSD(T), and a complete basis set limit estimate that can be used to assess the accuracy of various DFT-based predictions. For one complex, the CCSD(T) result is verified against diffusion quantum Monte Carlo calculations. Reference binding curves are calculated for two model compounds representing weak and strong hydrogen adsorption: coronene (−4.7 kJ mol<SUP>−1</SUP> per H<SUB>2</SUB>), and coronene modified with boron and lithium (−14.3 kJ mol<SUP>−1</SUP>). The reference data are compared to results obtained with widely used density functionals including pure DFT, M06, DFT-D3, PBE-TS, PBE + MBD, optB88-vdW, vdW-DF, vdW-DF2 and VV10. We find that whereas DFT-D3 shows excellent results for weak hydrogen adsorption on coronene, most of the less empirical density based dispersion functionals except VV10 overestimate this interaction. On the other hand, some of the less empirical density based dispersion functionals better describe stronger binding in the more polar coroB<SUB>2</SUB>Li<SUB>2</SUB>⋯2H<SUB>2</SUB> complex which is one of realistic models for high-capacity hydrogen storage materials. Our results may serve as a guide for choosing suitable DFT methods for quickly evaluating hydrogen binding potential and as a reference for assessing the accuracy of the previously published DFT results.</P>
<P>Graphic Abstract</P><P>Various dispersion-corrected density functionals are compared with high level QM data for several model complexes for adsorptive hydrogen storage.
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</P>
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