Процесс наводораживания скомканного графена разной плотности

Автор: Нэркэс Галимьяновна Апкадирова

Соавторы: Крылова Карина Александровна

Организация: Уфимский государственный нефтяной технический университет, Институт проблем сверхпластичности РАН

Интерес к исследованию скомканного графена (СГ) в качестве среды для хранения и транспортировки водорода связан с высокой скоростью адсорбции газов и с большой площадью удельной поверхности. Наилучшая сорбция атомов водорода СГ наблюдался при криогенных температурах. На процесс накопления водорода оказывает влияние не только температура, но также изменение структурных параметров, например, увеличение диаметра нанотрубки приводит к росту количества адсорбированного водорода [1]. Однако на данный момент недостаточно изучена зависимость сорбционной емкости от плотности СГ, помещенного в водородную среду. В связи с этим целью данной работы была оценка зависимости сорбционной емкости от плотности СГ.

 Молекулярно-динамическое моделирование проводилось с помощью общедоступного и широко применяемого программного пакета LAMMPS и многочастичного потенциала Airebo [2].

Ячейка моделирования состоит из водородной среды, в центре которой расположен СГ. В процессе моделирования во всех трех направлениях задавались периодические граничные условия. Анализ количества абсорбированного водорода проводился с использованием собственных программных пакетов.

СГ с плотностью r =  2,07 г/см³ выдерживали при температуре 77 и 300 K и давлении p = 1 и 140 атм. (рис. 1). Установлено, что при 77 К водород удерживается на поверхности СГ посредством сил Ван-дер-Ваальса, а при 300 К гравиметрическая плотность СГ растет за счет атомов водорода, образующих с краевыми атомами углерода ковалентную связь. При давлении 140 атм. некоторые атомы водорода проникают во внутренние поры и пустоты СГ. Наилучшая гравиметрическая плотность СГ наблюдается при 77 К и 140 атм. и составляет 10 масс.%. Уменьшение плотности СГ приводит к увеличению количества атомов водорода, вошедших в структуру.

1. Apkadirova N.G., Krylova K.A. // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 1008, 012051
2. Stuart S. J., Tutein A. B., Harrison J. A. // J. Chem. Phys. 2000. Vol. 112, № 14. P. 6472