| Περίληψη |
Ο πληθυσμός της Γης αυξάνεται συνεχώς και μαζί του και οι ετήσιες ενεργειακές ανάγκες. Παρ’ όλη τη ζήτηση όμως, δεν μπορούμε να αγνοήσουμε τα περιβαλλοντικά προβλήματα που δημιουργήθηκαν από τη μαζική και αλόγιστη χρήση του ορυκτού πετρελαίου τόσο ως πηγή ενέργειας όσο και ως πρώτη ύλη παραγωγής πλαστικού.
Τα ορυκτά αποθέματα πετρελαίου εξαντλούνται ενώ ταυτόχρονα το περιβάλλον εξασθενεί, με αποτέλεσμα να απαιτείται η εύρεση εναλλακτικών πηγών ενέργειας, φιλικότερων προς αυτό. Μια τέτοια πηγή θεωρείται το φυσικό αέριο, ή μεθάνιο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για οικιακές χρήσεις, όσο για μετακινήσεις, καθώς και για την παραγωγή πλαστικών ειδών.
Για να μπορέσει το μεθάνιο να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά σε μεγάλη κλίμακα επιβάλλεται η αποτελεσματική και ασφαλής αποθήκευση και μεταφορά του, η οποία θεωρείται από την επιστημονική κοινότητα ότι μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση νανοπορωδών υλικών, όπως οι ζεόλιθοι, οι νανοσωλήνες άνθρακα, τα μεταλλο-οργανικά σκελετικά υλικά και μια πληθώρα άλλων.
Στην παρούσα ερευνητική μελέτη επιλέχθηκαν να μελετηθούν πιθανοί τρόποι αύξησης της αποθηκευτικής ικανότητας των μεταλλο-οργανικών σκελετικών υλικών (MOF) με τροποποίηση του οργανικού υποκαταστάτη με σαράντα τέσσερις στρατηγικά επιλεγμένες λειτουργικές ομάδες, οι οποίες ενσωματώθηκαν σε βενζολικούς δακτυλίους και φυσικά το βενζόλιο. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο βενζολικός δακτύλιος αποτελεί τον πιο συχνό οργανικό συνδέτη (organic linker) στα MOF.
Μελετήθηκε η αλληλεπίδραση του μεθανίου με τους σαράντα τέσσερις βενζολικούς δακτυλίους και το βενζόλιο με δύο διαφορετικές μεθόδους, ενώ παρουσιάστηκαν οι χάρτες ηλεκτροστατικού δυναμικού των υποκαταστατών, καθώς και οι χάρτες ανακατανομής ηλεκτρονιακής πυκνότητας για τα διμερή συστήματα. Σκοπός είναι να βρεθούν υποκατεστημένοι βενζολικοί δακτύλιοι, οι οποίοι να έχουν αυξημένη αλληλεπίδραση με το μόριο του μεθανίου σε σχέση με το βενζόλιο ώστε να μπορέσει να αυξηθεί η προσροφητική ικανότητα του υλικού σε αέριο μεθάνιο.
Τέλος, με τους υποκαταστάτες που παρουσίασαν ενδιαφέρουσα μορφή αλληλεπίδρασης με το μεθάνιο δημιουργήθηκαν τροποποιημένα IR-MOF-8 υλικά, των οποίων η προσροφητική ικανότητα σε μεθάνιο μελετήθηκε με Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) προσομοιώσεις.
|
Θεωρητική μελέτη προσρόφησης μεθανίου σε μεταλλο-οργανικά σκελετικά υλικά
