Хранение водорода при комнатной температуре в дефектных одностенных углеродных нанотрубках: исследование молекулярной динамики

Водород может стать альтернативным источником энергии. Однако большинство исследований по хранению водорода, проведенных в прошлом, основано на хранении при низких температурах (<80 К), тогда как желательным является хранение при комнатной температуре. В данной статье мы сообщаем о способности накапливать водород при комнатной температуре в дефектных однослойных углеродных нанотрубках (ОУНТ), исследованных с помощью моделирования молекулярной динамики и теории функционала плотности (ТФП). Рассмотрены четыре различных типа дефектных ОУНТ для изучения хранения водорода при комнатной температуре. Нами наблюдалась максимальная адсорбционная способность ОУНТ с 5- и 8‑членными кольцевыми дефектами, а именно D1. ОУНТ с тремя другими изученными здесь дефектами: дефект Стоуна-Уэльса с 5- и 7‑членным кольцевым дефектом (D2), 5‑членный кольцевой дефект (D3) и 3-, 5- и 8‑членный кольцевой дефект (D4) имеют отрицательный адсорбционный эффект по сравнению с бездефектной ОУНТ. Наибольшая гравиметрическая емкость 1.82 мас.% обнаружена для ОУНТ с дефектом D1 при комнатной температуре, 298 К и 140 атм. Расчеты ТФП показывают, что адсорбция водорода сильно зависит от типа дефекта, где 8‑членное кольцо имеет самую высокую энергию адсорбции, а 3‑членное кольцо имеет самую низкую энергию адсорбции. Комбинация 5- и 8‑членных дефектных колец может значительно увеличить адсорбцию водорода даже при комнатной температуре.

1. Indian Institute of Technology Kharagpur -