Исследование водородсорбционной способности углеродных нановолокон методом молекулярных функций распределения

• Автор: Просекин, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ГЛАВА 1. АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР

1.1 Методы получения и структура углеродных нанотрубок

и нановолокон

1.2 Адсорбционные свойства перспективных углеродных наноматериалов

1.2.1 Адсорбция водорода в углеродных наноструктурах

1.2.2 Особенности сорбции инертных газов

1.3 Теоретические расчеты адсорбции водорода в наноматериалах

ГЛАВА 2. МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНЫХ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1 14-частичное уравнение Лиувилля, / - частичные функции распределения

2.2 Уравнения Боголюбова для термодинамически равновесных

систем
2.3 Фундаментальная система уравнений Орнштейна-Цернике
2.4 Синглетное приближение
2.5 Модификация синглетного приближения для тонких пленок жидкости

ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛЯ КВАНТОВЫХ СИСТЕМ
3.1 Квантовая цепочка уравнений ББГКИ
3.2 Квантовое обобщение уравнения Орнштейна-Цернике
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ
НАНОВОЛОКОН В СИНГЛЕТНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ
4.1 Профили плотности газа в узком плоском зазоре
4.2 Гравиметрическая, объемная и избыточная водородсорбционные емкости графитовых нановолокон
4.3 Оценка предельной адсорбционной способности углеродных
наноматериалов по отношению к водороду
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность темы диссертации
Исследование процесса заполнения конденсированными и газообразными веществами поверхностных структур углерода является актуальной задачей современной науки о наноматериалах и фундаментом многих будущих технологий. Наиболее перспективными сегодня считаются углеродные нанотрубки (УНТ) и комплексы графитовых нановолокон (ГНВ), на основе которых прогнозируется создание систем хранения и транспортировки водорода, необходимых для развития экологически чистых энергосистем [1,2]. Благодаря высокой удельной поверхности они являются идеальными емкостями для хранения газообразных, жидких и твердых веществ, имеющими уникальные физико-химические свойства, которые отличаются и от свойств полых наноструктур, и от свойств заполняющих их веществ.
В настоящее время накоплен обширный набор экспериментальных данных, показывающий высокую сорбционную способность по отношению к водороду УНТ и ГНВ. Однако воспроизводимость и стабильность результатов измерения водородсорбционной способности этих наноматериалов остается невысокой. Согласно экспериментальным данным разных исследовательских групп адсорбция водорода ГНВ может составлять от 0.4 до 12,89 масс. % Н2 [3-7]. В ряде работ сообщается о еще более высоких показателях до 67,55 масс. % Н2 [8,9], однако данные этих экспериментов не были подтверждены ни в других лабораториях, ни самими авторами.
Такой разброс данных обусловлен рядом причин: одной из них является несовершенство технологии получения УНТ; сложность очистки конечных продуктов от сопутствующих аморфного углерода и частиц катализатора; степень открытости графитовых поверхностей для адсорбции газа и зависимость величины удельной поверхности от предварительной обработки наноматериалов. Усугубляет ситуацию также то, что разные способы определения адсорбционных характеристик дают разные значения [10]. Кроме того, в зависимости от внешних условий и предварительной термообработки может быть реализована как физическая, так и химическая сорбция [2].

пространстве. Поскольку полное число систем ансамбля или изображающих точек, предполагается заданным (2.3) (нет источников и стоков), то для функции распределения можно записать соответствующее уравнение непрерывности:
dG,
(N)
+ div(X(N)G(N))
dt (N)J
Запишем это уравнение в развернутом виде:
(2.5)
д^(до
dt “ h
_> (ri + .(AV dr, dp,
(2.6)
и Хм G,N) - поток числа изображающих точек
ГДе X(N) = |П,...ГЛГ, Pi,-PN ■ “
в фазовом пространстве. С помощью соотношения:
дг / _ Э" H(N) _ Эр
Э г, дг,др, д р, следующего из уравнений Гамильтона [82,83], можно записать уравнение Лиувилля (2.6) в виде:
(2.7)
Щп II 1 з з N 1-Х 'мт асИ) ыт som '
Э/ —» -> ->
1=1 dr ' Эр, dp, dr, J
(2.9)
Если гамильтониан системы имеет вид:
N „ 2 N N
Ы ^'П ,=1 (
(2.10)
где Ф,(г,-)- потенциальная энергия {-частицы в поле сил, создаваемых внешними (по отношению к данному) телами, ф (г,)- потенциальная энергия
парного взаимодействия частиц i и j, находящихся на расстоянии rtJ
г,-г
друг от друга, то из уравнения (2.9) получим: