Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hấp phụ hóa học hydro trên cấu trúc carbon với sự lai tạp sp2–sp3: Nghiên cứu tiềm năng kinh nghiệm
Tóm tắt
Lưu trữ hydro là một công nghệ quan trọng cho sự phát triển của công nghệ năng lượng hydro và pin nhiên liệu trong ứng dụng giao thông, cố định và di động. Hiện nay, vẫn chưa có vật liệu nào được chứng minh là phương tiện lưu trữ hiệu quả. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một khái niệm mới về giải pháp lưu trữ kỹ thuật không thông thường. Nó dựa trên những phát hiện lý thuyết và thực nghiệm gần đây cho thấy sự tồn tại của một pha meta-stable mới của than chì với sự lai tạp sp2–sp3 gọi là diaphite. Thông qua các tính toán động học phân tử với tiềm năng liên kết phản ứng thực nghiệm bậc giữa các phân tử thích ứng, chúng tôi chỉ ra rằng sự gia tăng năng lượng liên kết hydro-carbon trên diaphite liên quan đến sự biến đổi hình học liên kết cục bộ từ lai tạp sp2 sang sp3. Chúng tôi đề xuất và thảo luận một kịch bản của quá trình hấp phụ/khử hấp phụ hydro trên diaphite hoàn toàn có thể đảo ngược được kích thích bằng ánh sáng.
Từ khóa
#lưu trữ hydro #kỹ thuật nano #hấp phụ #diaphite #carbon lai tạpTài liệu tham khảo
Boukhvalov, D.W., MKatsnelson, I., Lichtenstein, A.I.: Hydrogen on graphene: electronic structure, total energy, structural distortions and magnetism from first-principles calculations. Phys. Rev. B 77, 035427 (2008). doi:10.1103/PhysRevB.77.035427
El-Kaderi, H.M., Hunt, J.R., Mendoza-Cortes, J.L., Cote, A.P., Taylor, R.E., O’Keeffe, M., Yaghi, O.M.: Designed synthesis of 3D covalent organic frameworks. Science 316, 268–272 (2007). doi:10.1126/science.1139915
Firlej, L., Roszak, Sz, Kuchta, B., Pfeifer, P., Wexler, C.: Enhanced hydrogen adsorption in boron substituted carbon nanospaces. J. Chem. Phys. 131, 164702 (2009). doi:10.1063/1.3251788
Firlej, L., Pfeifer, P., Kuchta, B.: Understanding universal adsorption limits for hydrogen storage in nano porous systems. Adv. Mater. 25, 5971–5974 (2013). doi:10.1002/adma.201303023
Grochala, W., Edwards, P.P.: Thermal decomposition of the noninterstitial hydrides for the storage and production of hydrogen. Chem. Rev. 104, 1283–1316 (2004). doi:10.1021/cr030691s
Iijima, S.: Helical microtubules of graphitic carbon. Nature 1991(354), 56–58 (1991). doi:10.1038/354056a0
Janiak, C.: Engineering coordination polymers towards applications. Dalton Trans. (2003). doi:10.1039/B305705B
Kanasaki, J., Inami, E., Tanimura, K., Ohnishi, H., Nasu, K.: Formation of sp3-bonded carbon nanostructures by femtosecond laser excitation of graphite. Phys. Rev. Lett. 102, 0874402 (2009). doi:10.1103/PhysRevLett102.087402
Kuchta, B., Firlej, L., Roszak, Sz., Pfeifer, P.: A review of boron enhanced nanoporous carbons for hydrogen adsorption: a numerical perspective. Adsorption 16, 413 (2010)
Millward, A.R., Yaghi, O.M.: Metal organic frameworks with exceptionally high capacity for storage of carbon dioxide at room temperature. J. Am. Chem. Soc. 127, 17998–17999 (2007). doi:10.1021/ja0570032
Patchkovskii, S., Tse, J.S., Yurchenko, S.N., Zhechkov, L., Heine, T., Seifert, G.: Graphene nanostructures as tunable storage media for molecular hydrogen. Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 102, 10439–10444 (2005). doi: 10.1073/pnas.0501030102
Radosiński, L., Nasu, K., Luty, T., Radosz, A., et al.: Possible domain type collective dimerization induced by inter-layer charge transfer excitations in the visible region of graphite. Phys. Rev. B 2, 81, 035417 (2010a). doi:10.1103/PhysRevB.81.035417
Radosinski, L., Nishioka, K., Nasu, K., Wojt, D.: Nanoscale sp2->sp3 conversion by visible light irradiation in graphite. In: Cambell, Q.C. (ed.) Graphite Properties, Occurences and Uses, pp. 125–162. Nova Science Publishers, New York (2013)
Radosinski, Ł., Nasu, K., Kanazaki, J., Tanimura, K., Radosz, A., Luty, T.: Nano-scale sp2-sp3 conversion by visible lights irradiation and photoinduced phase transition. In: Naito, T. (ed.) Molecular Electronic and Related Materials—Control and Probe with Light. Trans-world Research Network Publisher, Kerala, India, Research Signpost, 37/661 (2) (2010b)
Raman, R., Murooka, Y., Ruan, Ch-Y, Yang, T., Berber, S., Tománek, D.: Direct observation of optically induced transient structures in graphite using ultrafast electron crystallography. Phys. Rev. Lett. 101, 077401 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.077401
Rosi, N.L., Eckert, J., Eddaoudi, M., Vodak, D.T., Kim, J., O’Keefee, M., Yaghi, O.M.: Hydrogen storage in microporous metal–organic frameworks. Science 300, 1127–1129 (2003). doi:10.1002/anie.200801163
Sha, X., Jackson, B.: First-principles study of the structural and energetic properties of H atoms on a graphite (0001) surface. Surf. Sci. 496, 318–330 (2002)
Shumilova, T., Mayer, J., Isaenko, S., Heidelmann, M., Herwartz, C., Wagner D.: Lonsdaleite of a new genetic type and natural diaphite. In: European Mineralogical Conference, vol. 1, EMC2012-148 (2012)
Stuart, S.J., Tutein, A.B., Harrison, J.A.: A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions. J. Chem. Phys. 112, 6472 (2000). doi:10.1063/1.481208
Tozzini, V., Pellegrini, V.: Reversible hydrogen storage by controlled buckling of graphene layers. J. Phys. Chem. C 115(51), 25523–25528 (2011). doi:10.1021/jp208262r
Zeuttel, A.: Hydrogen storage methods. Naturwissenschaften 91, 157–172 (2004). doi:10.1007/s00114-004-0516-x