저온에서 규칙적인 단일벽 탄소나노튜브 배열의 수소 흡착 특성|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 grand canonical 몬테카를로 전산모사 방법을 이용하여 정사각형 배열을 가지는 단일벽나노튜브에서 나노튜브의 직경과 가장 가까운 튜브들 사이의 거리의 함수로써 수소의 흡착특성을 연구하였다. 그리고 동일한 직경과 간격을 가지는 삼각형 배열을 이용하여 기하학에 대한 영향도 연구하였다. 수소-탄소 그리고 수소-수소의 인력은 단거리 인력의 경우Lennard-Jones 포텐셜을 사용하였고, 수소-수소의 경우는 정전기적 인력을 저온에서의 양자효과를 고려하기 위해 추가하였다. 194.5 K에서 큰 직경을 가지는 단일벽나노튜브의 경우 Typ e I과 넓은 간격을 가지는 나노튜브의 경우 흡착과 탈착과정에서 Typ e IV의 흡착 등온선이 관찰되었다. 200 bar에서 단일벽나노튜브의 중량 수소저장 능력은 미국 에너지부의 목표치에 도달하거나 초과하였다. 그러나 부피 수소저장 능력은 목표치의 약 70%에 해당하였다. 77 K에서는 단일층 형성과 이후 응축 단계가 따르는 두 단계의 흡착이 관찰되었다. 수소는 나노튜브의 내부 표면, 외부 표면, 관 내부의 공간 그리고 나노튜브 다발 사이의 틈새 채널의 순서로 흡착하였다. 1 bar 이하에서도 여러 가지 직경과 간격을 가지는 탄소나노튜브는 중량 그리고 부피 저장 능력이 모두 목표치를 초과하였다.

번역하기

본 연구에서는 grand canonical 몬테카를로 전산모사 방법을 이용하여 정사각형 배열을 가지는 단일벽나노튜브에서 나노튜브의 직경과 가장 가까운 튜브들 사이의 거리의 함수로써 수소의 흡착...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The amount of hydrogen adsorbed in arrays of single walled carbon nanotubes (SWNTs) was studied as a function of nanotube diameter and distance between the nearest-neighbor nanotubes on square arrangements using a grand canonical Monte Carlo simulation. The influence of the geometry of a triangle array with the same diameters and distances was also studied.
Hydrogen-carbon and hydrogen-hydrogen interactions were modeled with Lennard-Jones potentials for short range interactions and electrostatic interactions were added for hydrogen-hydrogen pairs to consider quantum contributions at low temperatures. At 194.5 K, Type I isotherms for large-diameter SWNTs and Type IV isotherms without hysteresis between adsorption and desorption processes for wider tube separations were observed. At 200 bars, the gravimetric hydrogen storage capacity of the SWNTs was reached or exceeded the US Department of Energy (DOE) target, but the volumetric capacity was about 70% of the DOE target. At 77 K, a two-step adsorption was observed, corresponding to a monolayer formation step followed by a condensation step. Hydrogen was adsorbed first to the inner surface of the nanotubes, then to the outer surface, intratubular space and the interstitial channels between the nanotube bundles. The simulation indicated that SWNTs of various diameters and distances in a wide range of configurations exceeded the DOE gravimetric and volumetric targets at under 1 bar.

번역하기

참고문헌 (Reference)

1 이신근 ; 한재윤 ; 김창현 ; 임한권 ; 정호영, "수소생산 기술동향" 한국청정기술학회 23 (23): 121-132, 2017

2 서양곤, "무작위 에칭 흑연 기공을 가지는 탄소기반 흡착제에 의한산소, 질소 및 아르곤의 흡착 계산" 한국청정기술학회 24 (24): 348-356, 2018

3 서양곤, "국부분자배향의 탄소 미세기공 구조에 대한 질소의 흡착 특성" 한국청정기술학회 28 (28): 249-257, 2022

4 "https://www.energy.gov/eere/fuelcells/doe-technical-targetsonboard-hydrogen-storage-light-duty-vehicles"

5 Steele, W. A., "The Physical Interaction of Gases with Crystalline Solids" 36 : 317-352, 1973

6 Sloan, J., "The Opening and Filling of Single Walled Carbon Nanotubes (SWNTs)" 3 : 347-348, 1998

7 Langmuir, I., "The Adsorption of Gases on Plane Surfaces of Glass, Mica and Platinum" 40 (40): 1361-1403, 1918

8 Dillon, A. C., "Storage of Hydrogen in Single-Walled Carbon Nanotubes" 386 : 377-379, 1997

9 Dillon, A. C., "Storage of Hydrogen in Single-Walled Carbon Nanotubes" 386 : 377-379, 1997

10 Lemmon, E. W., "Revised Standardized Equation for Hydrogen Gas Densities for Fuel Consumption Applications" 113 : 341-350, 2008