Гофрований графен може застосовуватися в якості дешевого та ефективного методу зберігання водню

Квантово-хімічні розрахунки, виконані італійськими дослідниками, дозволяють стверджувати, що гофрований графен може застосовуватися в якості дешевого та ефективного методу зберігання водню. Результати комп’ютерних симуляцій дозволяють припустити, що певні ділянки деформованого графену можуть пов’язувати водень, вивільняючи його при поверненні цих деформованих ділянок в нормальну форму.

Розробка методів зберігання водню в даний час є одним з найбільш актуальних напрямків дослідження, оскільки водень розглядається як головний кандидат для забезпечення енергією паливних комірок майбутнього. Хоча в якості методів рішення проблеми зберігання водню вже запропоновано ряд досить елегантних рішень, часто ахіллесовою п’ятою систем зберігання водню є умови, що дозволяють вивільнити водень з «акумулятора» – зазвичай для десорбції H2 необхідно створення розрідження або/та підвищення температури – і те і інше істотно знижує енергетичну ефективність паливних баків з воднем.


Рис. 1. Рифлені структури пофарбовані відповідно
з викривленням листів графена – гребені аркушів позначено
червоним, а западини – синім. Результати розрахунків дозволяють
припустити, що водень зв’язується з гребенями
краще, ніж із западинами. (Малюнок з J. Phys.
Chem. C, 2011, DOI: 10.1021/jp208262).

Валентина Тоццини (Valentina Tozzini) і Вітторіо Пелегріні (Vittorio Pellegrini) з допомогою теорії функціоналу густини і молекулярної динаміки продемонстрували, що

спотворені листочки графену можуть виявитися більш ефективною системою для зберігання водню.

Результати розрахунків дозволяють зробити висновок про те, що при латеральному стисненні графену, що приводить до утворення поперечних складок, термодинамічно сприятливо хімічне зв’язування водню з верхівками таких складок. У плоских аркушах графена орбіталі вуглецю знаходяться в стані sp2 гібридизації, в той час як після деформації стан орбіталей вуглецю, розташованих на вершинах таких складок ближче до гібридизації sp3, що і забезпечує можливість зв’язування водню. За словами Тоццини,

водень проявляє значну спорідненість до атомів вуглецю, розташованих на деформованих поверхнях, з атомами вуглецю, що знаходяться на рівних листочках графена атом водню також взаємодіє, але з набагато меншою ефективністю.

Результати розрахунків дозволяють говорити про те, що зміна характеру кривизни графену (перетворення складок в рівні поверхні і навпаки) дозволить вивільняти сорбированный на атомах вуглецю водень.

В даний час дослідники намагаються розробити лабораторні методи контрольованого створення рифленого рельєфу з багатошарових листів графена, а також визначити, яким чином можна змінювати рельєф.

Тоццини вважає, що одним із способів може бути використання розташованих по різні сторони від графенового листа механічних пристроїв, які б стискали лист графену подібно до того, як пара людей витрушують килим, при цьому на поверхні повинні утворюватися складки, які будуть адсорбувати і «вытряхать» з графена водень майже також, як вытряхивается пил з килима.

chemport.ru

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *