بررسی اثر اندازه نانوذرات بر خواص ذخیره‌سازی هیدروژن در نانوکامپوزیت‌های هیدرید منیزیم/کربن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• وجیهه خانی
• پروین علیزاده

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در این پژوهش، سنتز نانوذرات MgH₂ نشانده شده بر روی کربن زیروژل با اندازه ذرات کنترل شده گزارش می‌شود. اندازه تخلخل کربن زیروژل‌ها از nm 3 تا nm 12 متغیر بود. نانوکامپوزیت‌های MgH₂/Carbon به روش نفوذ بخار تهیه شدند. دو محدوده اندازه ذرات برای MgH₂ مشاهده شد: ذرات کوچکتر از nm 10 که توسط آنالیز XRD قابل تشخیص نبودند و ذرات بزرگتر که نظم کریستالی داشتند. نانوذرات کوچکتر، ذراتی هستند که درون تخلخل‌های کربن حبس شده و اندازه آنها توسط ابعاد تخلخل کنترل شد. مطابق تصاویر TEM این نانوذرات در محدوده اندازه nm 10-4 بودند. رهایش هیدروژن برای نانوذرات کوچکتر از nm 10 در اطراف C° 275 رخ داد در حالی که برای هیدرید منیزیم بالک این واکنش در محدوده بالاتر از C° 400 اتفاق افتاد. نانو شدن سبب شد دمای رهایش هیدروژن تقریبا C° 155 کاهش یابد. نتایج TPD نشان داد که کینتیک رهایش هیدروژن شدیدا به اندازه نانوذرات MgH₂ بستگی دارد به صورتیکه ذرات کوچکتر هیدروژن را در دماهای پایین‌تری رها می‌کنند. این نتایج نشان می‌دهد نانوکامپوزیت‌های MgH₂/Carbon با خواص برگشت‌پذیری و کینتیک سریع، گزینه مناسبی برای کاربرد در ذخیره‌سازی هیدروژن می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

• هیدرید منیزیم
• کربن نانومتخلخل
• نانوکامپوزیت
• ذخیره‌سازی هیدروژن

20.1001.1.20086156.1397.10.36.4.7

---

مراجع

• W. Crabtree, M.S. Dresselhaus, M.V. Buchanan, Physics Today, 57, 2004, 39.
• Callini, Z.K. Atakli, B.C. Hauback, S. Orimo, C. Jensen, M. Dornheim, D. Grant, Y.W. Cho, P. Chen, B. Hjorvarsson, P. de Jongh, C. Weidenthaler, M. Baricco, M. Paskevicius, T.R. Jensen, M.E. Bowden, T.S. Autrey, A. Zuttel, Applied Physics A, 122, 2016, 353.
• C. Crivello, B. Dam, R.V. Denys, M. Dornheim, D.M. Grant, J. Huot, T.R. Jensen, P.E. de-Jongh, M. Latroche, C. Milanese, D. Milcius, G.S. Walker, C.J. Webb, C. Zlotea, V.A. Yartys, Applied Physics A, 122, 2016, 97.
• Larsson, C.M. Araujo, J.A. Larsson, P. Jena, R. Ahuja, Proceedings of the National Academy of Sciences of U.S.A., 105, 2008, 8227.
• Mao, X. Hu, X. Wu, Y. Dai, S. Chu, J. Deng, International Journal Hydrogen Energy, 36, 2011, 8388.
• C. Crivello. R.V. Denys. M. Dornheim. M. Felderhoff. D.M. Grant, J. Huot, T.R. Jensen, P. de Jongh. M. Latroche, G.S. Walker, C.J. Webb, V. Yartys, Applied Physics A, 122, 2016, 85.
• A. Zhang, H.Y. Wu, Material Chemistry Physics, 94, 2005, 69.
• Haussermann, H. Blomqvist, D. Noreus, Inorganic Chemistry, 41, 2002, 3684.
• Wu, M.D. Allendorf, J.C. Grossman, Journal American Chemistry Society, 131, 2009, 13918.
• Vajeeston, P. Ravindran, M. Fichtner, H. Fjellvag, Journal of Physical Chemistry C, 116, 2012, 18965.
• W.P. Wagemans, J.H. Van Lenthe, P.E. de Jongh, A.J. Van Dillen, K.P. de Jong, Journal American Chemistry Society, 127, 2005, 16675.
• Paskevicius, D.A. Sheppard, C.E. Buckley, Journal American Chemistry Society, 132, 2010, 5077.
• Berube, G. Radtke, M. Dresselhaus, G. Chen, International Journal Energy Research, 31, 2007, 637.
• E.A. Berlouis, P. Honnor, P.J. Hall, S. Morris, S.B. Dodd, Journal Material Science, 41, 2006, 6403.
• Chen, L. Chen, Y. Wang, S. Liu, D. Chen, C. Ma, L. Wang, Xiyou Jinshu-Cailiao Yu Gongcheng, Rare Metal Materials and Engineering, 33, 2004, 485-489.
• Gutfleisch, S. Dal Toe, M. Herrich, A. Handstein, A. Pratt, Journal Alloys Compounds, 406, 2005, 413.
• Hanada, T. Ichikawa, H. Fujii, Journal Alloys and Compounds, 404, 2005, 716.
• R. Jensen, A. Andreasen, T. Vegge, J. W. Andreasen, K. Stahl, A.S. Pedersen, M.M. Nielsen, A.M. Molenbroek, International Journal Hydrogen Energy 31, 2006, 2052.
• Oelerich, T. Klassen, R. Bormann, Journal Alloys and Compounds, 315, 2001, 237.
• H.L. Notten, M. Ouwerkerk, H. Van Hal, D. Beelen, W. Keur, J. Zhou, H. Feil, Journal Power Sources, 129, 2004, 45.
• B.V. Camposa, S.A. de Juniora, M.C. Brumb, D.S. Santosa, Materials Research, 20, 2017, 85.
• Kadri, Y. Jia, Z. Chen, X. Yao, Materials, 8, 2015, 3491.
• D. Beattie, U. Setthanan, G.S. McGrady, International Journal Hydrogen Energy, 36, 2011, 6014.
• Ngene, R. Van Zwienen, P.E. de Jongh, Chemical Communications, 46, 2010, 8201.
• Adelhelm, J. Gao, M.H.W. Verkuijlen, C. Rongeat, M. Herrich, P. J. M. Van Bentum, O. Gutfleisch, A. P. M. Kentgens, K. P. de Jong, P. E. de Jongh, Chemistry of Materials, 22, 2010, 2233.
• Gao, P. Adelhelm, M. H. W. Verkuijlen, C. Rongeat, M. Herrich, P.J.M. Van Bentum, O. Gutfleisch, A.P.M. Kentgens, K.P. de Jong, P.E. de Jongh, Journal of Physical Chemistry C, 114, 2010, 4675.
• E. de Jongh, P. Adelhelm, ChemSusChem, 3, 2010, 1332.
• Wu, H.M Cheng, Journal of Materials Chemistry, 20, 2010, 5390.
• Ma, J. Zhang, Y. Zhu, H. Lin, Y. Liu, Y. Zhang, D. Zhu, L. Li, ACS Applied Energy Materials, 3, 2018, 1158.
• S. Au, M.K. Obbink, S. Srinivasan, P.C.M.M. Magusin, K.P. de Jong, P.E. de Jongh, Advanced Functional Matererials, 24, 2014, 3604.
• Zlotea, Y. Oumellal, S.J. Hwang, C.M. Ghimbeu, P.E. de Jongh, M. Latroche, Journal Physical Chemistry C, 119, 2015, 18091.
• Shen, K.F.A. Zinsou, Frontiers in Energy Research, 5, 2017, 27.
• Sun, T. Ma, K.F A.Zinsou, ACS Applied Nano Materials, 3, 2018, 1272.
• S. Au, M. Ponthieu, M. van Zwienen, C. Zlotea, F. Cuevas, K.P. de Jong, P.E. de Jongh, Journal of Materials Chemistry, 1, 2013, 9983.
• W. Pekala, Journal Material Science, 24, 1989, 3221.
• C. Li, A.H. Lu, C. Weidenthaler, F. Schüth, Chemistry of Materials, 16, 2004, 5676.
• Zlotea, C. Chevalier-Cesar, E. Leonel, E. Leroy, F. Cuevas, P. Dibandjo, C. Vix-Guterl, T. Martens, M. Latroche, Faraday Discuss. 151, 2011, 117.
• T.K. Nielsen, K. Manickam, M. Hirscher, F. Besenbacher, T.R. Jensen, ACS Nano, 3, 2009, 3521.