شبیه سازی دینامیک ملکولی ذخیره سازی هیدروژن در نانو ذرات FeTi و نانو لوله های کربنی تک لایه (SWNT)

محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیست

رضا علیزاده ¹ ( استادیار دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا(ص)-دانشکده ی محیط زیست(مسئول مکاتبات) . )
پروین نصیری ² ( استاد دانشکده بهداشت دانشگاه علوم پزشکی تهران )

تاریخ دریافت : 1388/03/30 تاریخ پذیرش : 1388/09/02 تاریخ انتشار : 1392/12/01

کلید واژه: ذخیره سازی هیدروژن, SWNT, جذب, ایزوترم, شبیه سازی, دینامیک ملکولی,

چکیده مقاله :

یافتن روشی مناسب برای ذخیره سازی مقدار زیادی گاز هیدروژن و با ایمنی لازم برای استفاده در خودروها و سایر تجهیزات همچنان توجه مراکز پژوهشی انرژی و محیط زیست را به خود جلب نموده است. در این پژوهش با انجام شبیه سازی دینامیک ملکولی (MD) میزان هیدروژن جذب شده در سیستم نانو ذرات FeTi و نانو لوله ها کربنی تک لایه (SWNT) در محدوده دمایی 100-60 کلوین، با محاسبه مقدار جذب هیدروژن (θ)، آنتالپی جذب (q) و انرژی اتصال (e)، در فشار های متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. میزان جذب هیدروژن در فشار حداکثر 10مگا پاسکال ودمای 60 درجه کلوین برای لایه اول جذب روی نانو ذرات FeTi 28/0 تا 35/0و درون SWNT دربیشترین قطر انتخاب شده 08/0 به دست آمد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که نانو ذرات FeTi مواد جدید و مناسبتری جهت استفاده در پیل های سوختی به عنوان ذخیره ساز گاز هیدروژن هستند.

چکیده انگلیسی:

Finding a new method for storage of huge amount of hydrogen gas with the proper safety manners forusing in vehicles and other equipments has attracted the environmental and energy researching centersattention. In this research by using molecular dynamics simulation the adsorption isotherms ofmolecular hydrogen on FeTi nano particles system and Single-Walled Carbon Nanotube (SWCN) atseveral temperatures ranging from 60 to 100 K by calculation of Adsorption coverage. Iso-steric heat,and binding energy were studied at different temperatures and pressures. The amount of Hydrogenadsorbed at the pressure: 10 MPa and temperature: 60 K for the first layer on the FeTi nano particleswas gained between0.28 to 0.35 and inside the SWNT in highest chosen diagonal was 0.008.Consequently the FeTi nano particles can be used as a new and suitable material in order to storage thehydrogen gas in fuel cells.

منابع و مأخذ:

 

1. Yang, Q. Zhang, C. (2005) Molecular Simulation of Adsorption and Diffusion of Hydrogen in Metal−Organic Frameworks Phys. Chem. B, 109. 11862-11864.


2. Yin, Y.F. Mays, T. McEnaney, B. (2000) Molecular simulations of hydrogen storage in carbon nanotube arrays, Lagmuir, 16 10521-10527.


3. Froudakis, G.E. (2002) Hydrogen interaction with carbon nanotubes: a review of ab initio studies J. Phys.: Condens. Matter. 14, R453-R465.


4. Jurczyk, M. Smardz L, Makowiecka, M. Jankowska, E. Smardz, K. (2004) the synthesis and properties of nanocrystalline electrode materials by mechanical alloying, J. Phys. and Chem. Solids, 65, 545-548.


5. Singh, B.K. Singh, A.K. Pandey, C.S. Srivastava, O.N. (1999) Investigation on synthesis, characterization and hydrogenation behaviour of hydrogen storage material: Fe1-xZrxTi1.3 (x = 0.2), Int. J. Hydrogen Energy, 24, 1077-1082.


6. Morris, S. Dodd, S.B. Hall, P.J. Mackinnon, A.J. Berlouis, L.E.A. (1999) The effect of novel processing on hydrogen uptake in FeTi- and magnesium- based alloy,  J. Alloys Compd. 295, 458-462.


7. Abe, M. Kokaji, T. Oishi, K. Haraki, T. Uchida, H. Miyamoto, Y. Uchida, S. (2005) Hydrogen Absorption Characteristics of a FeTi Alloy Nano-Structured Mechanical Alloying and Its Application to a Hydrogen Storage System, Proceedings International Hydrogen Energy Congress and Exhibition IHEC, Istanbul, Turkey, 13-15 July.


8. Kinaci, A. Aydinol, M.K. (2006) Ab initio investigation of FeTi–H system, Int. J. Hydrogen Energy doi:10.1016/j.ijhydene.2006.10.006.
   
   
   1. Reilly, J.J. Wiswall, R.H. (1974) Formation and properties of iron titanium hydride, J. Inorg. Chem. 13, 218-222.
   
   
   2. Mayo, S.L., Olafson, B.D. Goddard III, W.A. (1990) A generic force field for molecular simulations, J. Phys. Chem. 94, 8897-8809.
   
   
   3. Rappé, A.K. Casewit, C.J. Colwell, K.S. Goddard III, W.A. Skiff, W.M. (1992) a Rule-Based Full Periodic Table Force Field for Molecular Mechanics and Molecular Dynamics Simulations J. Am. Chem. Soc. 114, 10024-10035.
   
   
   4. Tersoff, J. and Ruoff. R. S. (1994) Structural properties of a carbon-nonotube crystalPhys. Rev. Lett. 73, 676-679.