РОЛЬ ДЕФЕКТОВ ГРАФЕНА В АДСОРБЦИИ ВОДОРОДА
Боковая панель статьи
Основное содержимое статьи
Аннотация
Исследования по хранению водорода с использованием наноматериалов на основе углерода в
настоящее время привлекают все больший интерес. Тем не менее, понимание природы хранения графеновых
поверхностей все еще остается неясным.
В этом исследовании мы исследовали механизмы физической адсорбции молекул H2 на дефектных
графенах с использованием реактивного молекулярно-динамического моделирования. Мы обнаружили, что
увеличение размера и концентрации дефектов в графене увеличивает физисорбцию молекул H2 на
поверхности за счет изменения парциальных зарядов атомов в системе. В частности, наши результаты
показали, что в случае наибольшего процента дефектов (10,27%) гравиметрическая плотность молекул H2
составляет около 2,12 wt.% в условиях окружающей среды, что находится в диапазоне гравиметрических
плотностей, полученных в результате экспериментов и других расчетов. Результаты также показали, что
физическая адсорбция молекул H2 связана как с размером, так и с концентрацией дефектов на поверхности
графена.
Это исследование способствует лучшему пониманию механизмов хранения водорода в графене с
различными дефектами на атомном уровне.
Информация о статье
Библиографические ссылки
Y.-P. Chen, Nanostructured Materials for Next-Generation Energy Storage and Conversion: Hydrogen Production,
Storage, and Utilization (Springer Berlin Heidelberg, New York, NY, (2017).
P. P. Edwards, V. L. Kuznetsov, and W. I. F. David, Hydrogen Energy, Phil. Trans. R. Soc. A. 365, 1043 (2007).
Adriana Rioja-Cabanillas, David Valdesueiro, Pilar Fernández-Ibáñez and John Anthony Byrne, Hydrogen from
wastewater by photocatalytic and photoelectrochemical treatment, Journal of Physics: Energy, Vol 3, № 1, (2021)
Akihiko Kudo and Yugo Miseki “Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting” Chem. Soc. Rev., 2009,
, 253–278
Япония рассчитывает “озеленить” энергетику за счёт добычи гидрата метана //
https://3dnews.ru/1035343/yaponiya-rasschitivaet-ozelenit-energetiku-za-schyot-dobichi-gidrata metana
НОВАТЭК модернизирует турбины на ТЭС «Ямал СПГ»// https://www.kommersant.ru/doc/4606242 8. Зелёный
водород из солнечной энергии без электролиза — совместный проект Repsol и Enagas // https://renen.ru/zelyonyjvodorod-iz-solnechnoj-energii-bez-elektroliza-sovmestnyj-proekt-repsol-i enagas/
Австралия может стать мировым производителем “зеленого” водорода //
https://teknoblog.ru/2021/07/23/112784
Pavlos Nikolaidis, Andreas Poullikkas, “A comparative overview of hydrogen production processes”, Renewable
and Sustainable Energy Reviews, Volume 67, January (2017), pp 597-611
Nuria Sánchez-Bastardo, Robert Schlögl, and Holger Ruland “Methane Pyrolysis for Zero-Emission Hydrogen
Production: A Potential Bridge Technology from Fossil Fuels to a Renewable and Sustainable Hydrogen Economy” Ind. Eng.
Chem. Res. 2021, 60, 32, 11855–11881
Justyna Majewska, Beata Michalkiewicz, Production of hydrogen and carbon nanomaterials from methane using
Co/ZSM-5 catalyst, International Journal of Hydrogen Energy, Vol 41, Iss 20, 1 June 2016, pp. 8668-8678
Benjamin W Longmier, Alec D Gallimore and Noah Hershkowitz, Hydrogen production from methane using an RF
plasma source in total nonambipolar flow, Plasma Sources Science and Technology, Vol 21, № 1, 2012
В Таллинском порту появится водородный терминал // https://neftegaz.ru/news/Alternative energy/694170-vtallinskom-portu-poyavitsya-vodorodnyy-terminal.
Водородное отопление // https://terman-s.ru/otoplen-3/otoplenie-doma-vodorodom-vodorod-dlya otopleniyazdanij-neobosnovannoe-reshenie.html
Apple запатентовала мобильное устройство с питанием от водородного топливного элемента //
Tethered Chem Combos Could Revolutionize Artificial Photosynthesis //
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=116868
Исследователи повышают эффективность производства водорода из солнечного
света//https://www.hydrogenfuelnews.com/researchers-improve-efficiency-of producing-hydrogen-from sunlight/8538857/
Rahul Krishna, Elby Titus, Maryam Salimian, Olena Okhay, Sivakumar Rajendran, Ananth Rajkumar, J. M. G.
Sousa, A. L. C. Ferreira, João Campos Gil and Jose Gracio, “Hydrogen Storage for Energy Application”, Hydrogen Storage
Chapter 10, pp. 243-266. (2020)
K. Xia, Q. Gao, J. Jiang, and H. Wang, An Unusual Method to Prepare a Highly Microporous Carbon for Hydrogen
Storage Application, Materials Letters 100, 227 (2013).
I. Jain, P. Jain, A. Jain, “Novel hydrogen storage materials: a review of lightweight complex hydrides” J. Alloys
Compd. 503, 303–339 (2010).
Ramin Moradi, Katrina M. Groth, Hydrogen storage and delivery: Review of the state of the art technologies and
risk and reliability analysis, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 44, Iss. 23,3 May 2019, pp.12254-12269
P. A. Owusu et al., A Review of Renewable Energy Sources, Sustainability Issues and Climate Change Mitigation,
Null 3, 1167990 (2016).
G. M. Joselin Herbert et al., A Review of Wind Energy Technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews
, 1117 (2007).
Y. Song et al., Electronic Structure, Stability and Bonding of the Li-N-H Hydrogen Storage System, Phys. Rev. B
, 195120 (2006).
P. Chen, Z. Xiong, J. Luo, J. Lin, K.L. Tan, “Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides” Nature 420,
–304 (2002).
M. Rzepka, P. Lamp, M. De la Casa-Lillo, “Physisorption of hydrogen on microporous carbon and carbon
nanonaychas”. J. Phys. Chem. B 102, 10894–10898 (1998).
H. Kajiura, S. Tsutsui, K. Kadono, M. Kakuta, M. Ata, Y. Murakami, “Hydrogen storage capacity of commercially
available carbon materials at room temperature” Appl. Phys. Lett. 82, 1105–1107 (2003).
M. Nijkamp, J. Raaymakers, A. Van Dillen, K. De Jong, “Hydrogen storage using physisorption–materials
demands” Appl. Phys. A 72, 619–623 (2001).
Man Mohan, Vinod Kumar Sharma, E. Anil Kumar, V. Gayathri, “Hydrogen storage in carbon materials - A review”
Energy Storage.;p.p. 1-35 (2019)
Krzysztof Jastrzębski and Piotr Kula, Emerging Technology for a Green, Sustainable Energy-Promising Materials
for Hydrogen Storage, from Nanonaychas to Graphene—A Review, Materials 2021, 14(10), 2499.
K. S. Novoselov,V.I.Fal’ko, L. Colombo, P. R. Gellert, M. G. Schwab K. Kim, “A roadmap for graphene”,
Nature,2012,490,192-200.
Gao Yang, Lihua Li, Wing Bun Lee & Man Cheung Ng, “Structure of graphene and its disorders: a review”, Science
and Technology of Advanced Materials (2018)
Andrea C. Ferrari. “Science and technology roadmap for graphene,related two-dimensional crystals, and hybrid
systems”, Nanoscale 7, 4598-4810, (2015)
Ziwei Xu,Tianying Yan,Guiwu Liu,Guanjun Qiao and Feng Ding, “Large scale atomistic simulation of single-layer
graphene growth on Ni(111) surface: molecular dynamics simulation based on a new generation of carbon–metal potential”,
Nanoscale, 8, 921-928, (2016)
Fatemeh Bakhshi, Nafiseh Farhadian, “Improvement of hydrogen storage capacity on the palladium-decorated Ndoped graphene sheets as a novel adsorbent: A hybrid MD-GCMC simulation study”, International journal of hydrogen energy
(2019)
Igor A. Baburin, Alexey Klechikov, Guillaume Mercier,Alexandr Talyzin, Gotthard Seifert. “Hydrogen adsorption by
perforated graphene” International journal of hydrogen energy 40, pp.6594 – 6599 (2015)
Deepak Kag, Nitin Luhadiya, Nagesh D. Patil, S.I. Kundalwal, “Strain and defect engineering of graphene for
hydrogen storage via atomistic modelling” International journal of hydrogen energy 46, 22599 – 22610, (2021)
B. J. Alder and T. E. Wainwright, Phase Transition for a Hard Sphere System, J. Chem. Phys. 27, 1208 (1957).
K. Chenoweth, A. C. T. van Duin, and W. A. Goddard, “ReaxFF Reactive Force Field for Molecular Dynamics
Simulations of Hydrocarbon Oxidation”, J. Phys. Chem. A 112, 1040 (2008).
J. Sun et al., Molecular Dynamics Simulations of Melting Iron Nanoparticles with/without Defects Using a Reaxff
Reactive Force Field, Sci Rep 10, 1 (2020).
H. Berendsen, J. P. M. Postma, W. van Gunsteren, A. DiNola, and J. R. Haak, “Molecular-Dynamics with Coupling
to An External Bath”, The Journal of Chemical Physics 81, 3684 (1984).
G. Bussi, D. Donadio, and M. Parrinello, “Canonical Sampling Through Velocity Rescaling”, The Journal of
Chemical Physics 126, 014101 (2007).
J. S. Arellano, L. M. Molina, A. Rubio, M. J. Lo´pez and J. A. Alonso, “Interaction of molecular and atomic hydrogen
with (5,5) and (6,6)single-wall carbon nanonaychas”, Journal of chemical physics 117, 5 (2002)
Randviir E P, Brownson D A C, Banks C E A “Decade of graphene research: production, applications and outlook”.
Mater Today 17, (2014) 426–432.
Klechikov A, Mercier G, Yu J, Talyzin AV. Hydrogen storage in bulk graphene-related materials. Micropor Mesopor
Mater 2015.
Patchkovskii S, Tse JS, Yurchenko SN, Zhechkov L, Heine T, Seifert G. Graphene nanostructures as tunable
storage media for molecular hydrogen. Proc Natl Acad Sci U S A 2005;102:10439e44.
Mc Allister M.J, Li J.L, Adamson D.H, Schniepp H.C, Abdala A.A, Liu J, et al. Single sheet functionalized graphene
by oxidation and thermal expansion of graphite. Chem Mater 2007.
D. Henwood and J. David Carey, “Ab initio investigation of molecular hydrogen physisorption on graphene and
carbon nanonaychas”, Physical Review B 75, (2007), 245413.