E-Locus - Ιδρυματικό Καταθετήριο Πανεπιστημίου Κρήτης - Μελέτη προσρόφησης υδρογόνου σε νανοδομημένα υλικά

Αρχική Μελέτη προσρόφησης υδρογόνου σε νανοδομημένα υλικά

Αποτελέσματα - Λεπτομέρειες

[Προσθήκη στο καλάθι]

Κωδικός Πόρου

000352167

Τίτλος

Μελέτη προσρόφησης υδρογόνου σε νανοδομημένα υλικά

Άλλος τίτλος

Studies of hydrogen absorption in novel nanostructured materials

Συγγραφέας

Κλώντζας, Εμμανουήλ Μ.

Σύμβουλος διατριβής

Φρουδάκης, Γεώργιος

Περίληψη

Με τη χρήση θεωρητικών µεθόδων της υπολογιστικής χηµείας πραγµατοποιήθηκε η µελέτη της αλληλεπίδρασης µοριακού υδρογόνου σε πορώδη σκελετικά υλικά τύπου IsoReticular Metal-Organic Frameworks (IRMOF) και Covalent-Organic Frameworks (COF). Οι πρώτες θεωρητικές µελέτες στα IRMOF υλικά έδειξαν ότι το υδρογόνο αλληλεπιδρά µε τις δοµικές µονάδες των υλικών αυτών µε ασθενείς αλληλεπιδράσεις van der Waals και ασθενείς ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις µε τα άτοµα οξυγόνου που περιέχει η δοµή. Αυτό αντικατοπτρίζεται στις προσροφητικές ικανότητες των υλικών αυτών σε θερµοκρασία δωµατίου. Με τη πραγµατοποίηση υπολογισµών από πρώτες αρχές και µε τη συµπλήρωση των υπολογισµών αυτών µε προσοµοιώσεις GCMC µελετήσαµε τις αποθηκευτικές ικανότητες υδρογόνου των τροποποιηµένων µε τις οµάδες –SO₃Li και -OLi IRMOF υλικών. Τα αποτελέσµατα έδειξαν ότι οι τροποποιήσεις αυτές προσφέρουν αυξηµένες ενέργειες αλληλεπίδρασης του υδρογόνου µε το υλικό, όπου η αύξηση αυτή απεικονίζεται και από την πρόβλεψη των ισόθερµων καµπυλών προσρόφησης και σε κρυογενικές συνθήκες και στη θερµοκρασία δωµατίου. Επίσης µελετήθηκε µια νεότερη κατηγορία υλικών γνωστή ως 3D-COF για την αποθήκευση υδρογόνου σε αυτά. Τα υλικά αυτά εµφανίστηκαν πρώτη φορά στη βιβλιογραφία το 2007 και αποτέλεσαν άµεσα αντικείµενο εκτεταµένης έρευνας. Για τα υλικά αυτά πραγµατοποιήθηκαν αρχικά υπολογισµοί από πρώτες αρχές για τον προσδιορισµό της ισχύος της αλληλεπίδρασης του υδρογόνου µε τις διάφορες δοµικές µονάδες των δοµών. Οι υπολογισµοί αυτοί έδειξαν ότι οι αλληλεπιδράσεις αυτές εµπίπτουν στην κατηγορία των ασθενών αλληλεπιδράσεων van der Waals. Πραγµατοποιήθηκαν και προσοµοιώσεις GCMC που έδειξαν πολύ σηµαντική αύξηση του βαρυµετρικού ποσοστού προσρόφησης σε σχέση µε οποιοδήποτε ανταγωνιστικό υλικό. Τα αποτελέσµατα αυτά αποδίδονται στην πολύ χαµηλή πυκνότητα των υλικών αυτών, στην υψηλή τους ειδική επιφάνεια και στο µεγάλο όγκο πόρων που εµφανίζουν. Για να βελτιώσουµε τις προσροφητικές ικανότητες των υλικών αυτών, επιλέξαµε το COF-105 που παρουσίαζε το µεγαλύτερο ποσοστό αποθήκευσης και εισαγάγαµε οµάδες –OLi στη δοµή για να ισχυροποιήσουµε τις αλληλεπιδράσεις του υδρογόνου µε τη δοµή. Παρόµοια µε τα αποτελέσµατα της αντίστοιχης τροποποίησης στα IRMOF, παρατηρήσαµε αύξηση των αλληλεπιδράσεων και αύξηση του συνολικού ποσοστού αποθήκευσης υδρογόνου σε αυτό το υλικό. Επιπλέον, σχεδιάσαµε νέα υλικά τύπου COF που βασίζονται στο κρυσταλλικό δίκτυο ctn µε σκοπό την αύξηση των ικανοτήτων αποθήκευσης υδρογόνου στα υλικά αυτά. Οι δοµές των υλικών που σχεδιάστηκαν βελτιστοποιήθηκαν µε µεθόδους µοριακής µηχανικής και προβλέφθηκαν τα ποσοστά αποθήκευσης υδρογόνου. Η καλύτερη από τις δοµές που σχεδιάστηκαν παρουσιάζει βελτίωση κατά 7% κατά βάρος σε σχέση µε το καλύτερο 3D-COF που είχε µελετηθεί µέχρι τότε. Τα υλικά αυτά, προσφέρουν επίσης πολλές νέες θέσεις τροποποίησης της δοµής τους, που δίνει τη δυνατότητα ακόµα µεγαλύτερης βελτίωσης των ποσοστών αποθήκευσης τους.

Φυσική περιγραφή

xv, 195 σ. : έγχρ. εικ., πίν. ; 30 εκ.

Γλώσσα

Ελληνικά

Θέμα

Covalent-organic frameworks

First principles calculations

Hydrogen storage

Metal-organic frameworks

Microporous materials

Modeling and design of novel materials for targeted applications

Multiscale theoretical methods