مقایسه اثر کاتالیستی فولرن، گرافن و نانولوله کربنی (5،0) بر واجذب هیدروژن در سدیم آلانیت به عنوان منبع ذخیره هیدروژن در پیل‌های سوختی

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 7، دوره 11، شماره 3، آذر 1396، صفحه 51-56   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسنده

مرجان رفیعی^*

استادیار گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

سدیم آلانیت (NaAlH4) یکی از هیدریدهای کمپلکس فلزی برای ذخیره هیدروژن در پیل‌های سوختی است که هیدروژن بالایی دارد اما به علت پیوندهای قوی در این ترکیب، واجذب هیدروژن در دماهای بالا اتفاق می‌افتد. ثابت جفت‌شدگی چارقطبی هسته برای هسته‌های چارقطبی معیاری از مقدار جفت‌شدن گرادیان میدان الکتریکی به‌دست آمده از بارهای الکتریکی و گشتاور چارقطبی الکتریکی هسته است. باتوجه به اینکه وضعیت قرار گرفتن و موقعیت اتم در مولکول در مقدار ثابت جفت‌شدگی چارقطبی هسته‌ها نقش اساسی دارد، محاسبه ثابت جفت‌شدگی چارقطبی هسته‌های دارای گشتاور چارقطبی یک ابزار مفید برای تعیین دقیق ساختار مولکول‌هاست. شیمی محاسباتی از حدود نیم‌قرن پیش با کارهای نظری که بر روی مولکول‌های کوچک انجام‌شده بود شروع شد و سپس به سامانه‌های بزرگ و چندجزئی رسید. در این پژوهش با محاسبه ثابت‌های جفت‌شدگی چارقطبی هسته‌های هیدروژن، اثر کاتالیستی برخی نانوساختارهای کربنی در واجذب هیدروژن در ترکیب سدیم آلانیت با یکدیگر مقایسه شد. محاسبات در مجموعه پایه *6-31G و روش HF با استفاده از نرم‌افزار Gaussian 03 انجام شد. با مقایسه مقادیر محاسبه‌شده ثابت‌های جفت‌شدگی چارقطبی هسته‌های هیدروژن در ساختارهای موردمطالعه مشاهده شد مقادیر گرادیان میدان الکتریکی و در نتیجه ثابت‌های جفت‌شدگی چارقطبی هسته‌های هیدروژن در سدیم آلانیت در حضور فولرن، کاهش یافته است که نشان می‌دهد چگالی بار روی هسته‌های هیدروژن کمتر شده است. به‌عبارت‌دیگر با کاهش چگالی بار روی هسته‌های هیدروژن، قدرت پیوند Al-H کاهش می‌یابد و انتظار می‌رود فرایند واجذب هیدروژن در شرایط آسان‌تر و دمای پایین‌تر انجام شود.

کلیدواژه‌ها

ذخیره هیدروژن؛ طیف‌سنجی NQR؛ ثابت جفت‌شدگی چارقطبی هسته؛ سدیم آلانیت

مراجع

[1] Serrano, E.; Rus, G.; G.Martı´nez, J.; Renew. Sustainable Energy Rev. 13, 2373–2384, 2009.
[2] Aschlapbach, L.; Zuttel, A.; Nature 414, 353-358, 2001.
[3] Orimo, Sh. i.; Nakamori,Y.; Eliseo, J. R.; Züttel, A.; Jensen, C. M.; Chem. Rev. 107, 4111-4132, 2007.
[4] Song, Y.; Phys. Chem. 15, 14524-14547, 2013.
[5] Vajeeston, P.; Ravindran, P.; Fjellvåg, H; Kjekshus, A.; Phys. Lett. 82, 14-20, 2003.
[6] Li, L.; Xu, Ch.; Chen, Ch.; Wang, Y.; Jiao, L.; Yuan, H.; Int. J. Hydrogen Energy 38(21) 8798-8812, 2013.
[7] Jain, I. P.; Jain, P.; Jain, A.; J. Alloys Compd. 503(2), 303-339, 2010.
[8] Cento, C.; Gislon, P.; Bilgili, M.; Masci, A.; Zheng, Q.; Prosini, P.P.; J. Alloys Compd. 437, 360–366, 2007.
[9] Graybeal, J. D.; “Molecular Spectroscopy” McGraw_Hill, Singapore, 10, 1988.
[10] Slichter, C. P.; “Principles of Magnetic Resonance”, Springer, New York, 10, 1992.
[11] Lucken, E. A. C. “Nuclear Quadrupole Coupling Constant” Academic Press, London, 1969.
[12] Cohen, M. H.; Reif, F.; Solid State Phys., 5, 321-438, 1957.
[13] Leach, A. R.; “Molecular Modeling Principles and Applications” Longman, Singapore; 3, 1997.
[14] Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A.; Stratmann, R. E. Jr.; Burant, J. C.; Dapprich, S.; Millam, J. M.; Daniels, A. D.; Kudin, K. N.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Tomasi, J.; Barone, V.; Cossi, M.; Cammi, R.; Mennucci, B.; Pomelli, C.; Adamo, C.; Clifford, S.; Ochterski, J.; Petersson, G. A.; Ayala, P.Y.; Cui, Q.; Morokuma, K.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C.Y.; Nanayakkara, A.; Gonzalez, C.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Gonzalez, C.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A.; GAUSSIAN 03, Gaussian Inc. Pittsburgh, PA; 2003.
[15] Pyykko, P.; Mol. Phys. 99, 1617-1629, 2001.
[16] Rafiee, M. A.; J. Comput. Theor.Nanosci. 9, 2021-2026, 2012.