دراسة حسابیة لتأثیر اللیثیوم الممتز على سعة خزن الهیدروجین فی الحالة الصلبة على الغرافین النقی والمطعم بالبورون

نوع المقالة : بحث

المؤلفون

قسم الفیزیاء، کلیة التربیة للعلوم الصرفة، جامعة کرکوک، کرکوک، العراق.

الملخص

یعتبر الهیدروجین واحد من اهم مصادر الطاقة النظیفة والمتجددة الواعدة کبدیل لمصادر الطاقة الاحفوریة الملوثة للبیئة. تمثل مشکلة التخزین الآمن وبکثافة حجمیة مقبولة أحد أهم العوائق الرئیسة أمام التطبیق الواسع لتکنولوجیا الهیدروجین. ترکز معظم البحوث الحدیثة على تطویر تقنیات لتخزین الهیدروجین على شکل مرکبات فی الحالة الصلبة. فی البحث الحالی تمت دراسة امتزاز جزیء الهیدروجین (H2) على وحدة الخلیة الکبیرة ( ) للغرافین النقی والغرافین المطعم بذرة البورون والممتز بذرة اللیثیوم بواسطة حسابات المبدأ الأول (الأساسیة ) First Principle Calculations  بطریقة نظریة الکثافة الدالیة (Density Functional Theory DFT) وبتقریب الکثافة الموضعی (Local Density Approximation LDA) لوصف طاقة التبادل - الارتباط بین الالکترونات المتفاعلة واستخدام مجموعة الأساس (Double Numerical Plus polarization DNP) التی تعطی دقة عالیة فی الحسابات وعینت مناطق بریلیون على ( ). ان طاقة الارتباط لجزیئات الهیدروجین الممتزة على سطح الغرافین الممتز بذرة اللیثیوم کانت بین  (0.2-0.4 eV) وبنسبة خزن (6.74 wt.%) والتی تحقق معیار السعة الوزنیة المحددة من قبل قسم الطاقة، و طاقة الارتباط لجزیئات الهیدروجین الممتزة على سطح الغرافین الممتز بذرة اللیثیوم والمطعم بذرة البورون کانت بین (0.23-0.32 eV) وبنسبة خزن (6.67 wt.%) وهی بذلک تحقق معیار السعة الوزنیة النهائیة (6.5 wt.%) المحددة من قبل قسم الطاقة (Department of Energy). نستنج ان تطعیم ذرة البورون فی احد حلقات الغرافین السداسیة فی وحدة الخلیة الکبیرة ( ) لعب دوراً فی زیادة استقراریة سطح الغرافین وتقلیل طاقة الارتباط التی تساهم فی تقلیل درجة حرارة عملیة انتزاز الهیدروجین.

الكلمات الرئيسة

الموضوعات


[1]          Dr. Saud Yusuf Ayyash, "Alternative Energy Technology", The National Council for Culture, Arts and Literature, Kuwait,1980. (In Arabic)
 
[2]          B. Zohuri. "Hydrogen Energy challenges and solutions for a cleaner future", Springer Publisher, USA, )2019(.
 
[3]          Omar Faye and Jerzy A. Szpunar. "An Efficient Way To Suppress the Competition between Adsorption of H2 and Desorption of nH2-Nb Complex from Graphene Sheet: A Promising Approach to H2 Storage". Journal Physical Chemistry, 122, 28506 (2008).  
 
[4]          Omar Faye, Ubong Eduok, Jerzy Szpunar, Barbara Szpunar,
Almoustapha Samoura, Aboubaker Beye,"Hydrogen storage on bare Cu atom and Cu-functionalized boron-doped graphene: A first principles study". International Journal of Hydrogen Energy, 42(7), 4233 (2017).
 
[5]          Yuanyuan Li, Yiming Mi, Gaili Sun. "First Principles DFT Study of Hydrogen Storage on Graphene with La Decoration". Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 3(12), 87 (2015).
 
[6]          Arun Prakash Aranga Raju. "Production and Application of Graphene and its Composites". PhD Thesis, University of Manchester, UK) 2015(.
 
[7]          Wolfram Koch, Max C. Holthausen. "A Chemist’s Guide to Density Functional Theory". 2nd  Ed., Wiley-VCH and John Wiley & Sons, (2001).
 
[8]          P.W. Atkins and R. S. Friedman. "Molecular Quantum Mechanics". 3rd Ed., published in the US by Oxford University Press, (1997).
 
[9]          Frank Jensen. "Introduction to Computational Chemistry". 2nd  Ed.,  John Wiley & Sons Ltd. (2007).
 
[10]      Claire Victoria Jane Skipper. "The Kubas Interaction in Transition Metal Based Hydrogen Storage Materials". PhD Thesis. University College London, UK (2013).
 
[11]      Elham Beheshti, Alireza Nojeh, Peyman Servati. "A first-principles study of calcium-decorated, boron-doped graphene for high capacity hydrogen storage". Carbon 49(5), 1561 (2011).
 
[12]      I. Cabria, M. J. López, and J. A. Alonso. "Hydrogen storage in pure and Li-doped carbon nanopores: Combined effects of concavity and doping". The Journal of Chemical Physics. 128, 144704 (2008).
 
[13]      Xiaojing Zhu. "A first-principles study of Calcium decorated on the interlayer of bilayer graphene for high capacity hydrogen storage". 2nd International Symposium on Resource Exploration and Environmental Science. Earth and Environmental Science. 170, (2018).
 
[14]      C. R. Ramos-Castillo, J. U. Reveles, C. E. Cifuentes-Quintal, R. R.  Zope, and R. de Coss. "Hydrogen Storage in Bimetallic Ti-Al Sub Nanoclusters
Supported on Graphene
". Physical Chemistry Chemical Physics, 19, 21174 (2017).
 
 
[15]           C. Ataca, E. Akturk, S. Ciraci, and H. Ustunel. "High-capacity hydrogen storage by metallized graphene". Applied Physics Letters, 93(4), 043123 (2009).
 
[16]      S. Seenithurai, R. Kodi Pandyan, S. Vinodh Kumar, C. Saranya,
M. Mahendran. "Li-decorated double vacancy graphene for hydrogen storage application: A first principles study". International Journal of Hydrogen Energy. 39(21), 11016 (2014).
 
 
[17]      Pavel O. Krasnov, Feng Ding, Abhishek K. Singh, and Boris I. Yakobson. "Clustering of Sc on SWNT and Reduction of Hydrogen Uptake: Ab-Initio All-Electron Calculations". The Journal of Physical Chemistry. C, 111) 49(, 17977 (2007).
 
[18]      Sui Peng-Fei, Zhao Yin-Chang, Dai Zhen-Hong, Wang Wei-Tian. "Hydrogen Storage Capacity Study of a Li+Graphene Composite System with
Different Charge States
". Chinese Physics Letter. 30)10(, 107306 (2013).
 
 
[19]      John C. Kotz, Paul M. Treichel, Gabriela C. Weaver. "Chemistry & Chemical Reactivity". 6th  Ed., Thomson Brooks/Cole. (2006).
 
[20]      Vatsal Jain and Balasubramanian Kandasubramanian. "Functionalized graphene materials for hydrogen storage". The Journal of Material Science. 55, 1865 (2020).
 
[21]      Cousins, K.; Zhang, R. "Highly Porous Organic Polymers for Hydrogen Fuel Storage". Polymers, 11, 690 (2019).