دانلود ترجمه مقاله بازدهی ذخیره سازی هیدروژن در نانولوله های کربنی آغشته به آهن

1. مقدمه 2. جزئیات محاسباتی 3. نتایج و بحث و بررسی 4. نتیجه گیری

چکیده – با توجه به این که جذب به عنوان روشی مطلوب برای ذخیره‌سازی هیدروژن شناخته شده است، از اینرو توسعه مواد جاذب مناسب برای ذخیره‌سازی صنعتی، امری مناسب و لازم تلقی می شود. مطالعه حاضر با هدف ارزیابی پتانسیل نانولوله‌های کربنی آغشته به آهن (FeCNT) به عنوان یک ماده ارزشمند برای ذخیره‌سازی هیدروژن انجام گرفته است. همچنین، ساختارهای نانولوله‌های کربنی خالص و آغشته به آهن بر اساس محاسبات مکانیک کوانتومی با استفاده از نظریه تابع چگالی (DFT) با روش پِردو-بورک-ارنزرهاف (PBE) بهینه‌سازی شدند. برای درک جامع رفتار جذب، از شبیه‌سازی مونت کارلو برای بررسی جذب مولکول‌های هیدروژن بر روی FeCNT استفاده شده است. در این پژوهش، به طور خاص تأثیر دما، فشار و درصد مولی هیدروژن بر ظرفیت جذب FeCNT مورد بررسی قرار گرفته است. یافته های بدست آمده حاکی از آن است که جذب هیدروژن با افزایش فشار افزایش می‌یابد و هنگامی که فشار از 5 مگاپاسکال فراتر رفت،FeCNT به حالت نزدیک به اشباع رسید. همچنین ظرفیت‌های هیدروژن FeCNT در دمای اتاق و فشارهای 1 و 5 مگاپاسکال، به ترتیب 1.53 و 6.92 درصد وزنی تعیین شد. همچنین، تشکیل یک فاز جذب تک لایه در فشارهای زیر 5 مگاپاسکال از طریق نمودارهای تابع توزیع شعاعی مورد تأیید قرار گرفت. مقایسه وابستگی دمایی جذب هیدروژن بین FeCNT و CNT خالص تأثیرگذاری آغشته‌سازی آهن در ذخیره‌سازی هیدروژن تا دمای اتاق را تأیید کرد FeCNT .کاهش بیشتری در ظرفیت اولیه هیدروژن در دماهای بالاتر از دمای اتاق نشان داد. برای ارزیابی ایمنی سیستم، استفاده از نیتروژن به عنوان عامل رقیق‌کننده با بررسی جذب هیدروژن FeCNT از مخلوط‌های خالص و H2/N2 در دمای 300 کلوین بررسی شد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که، افزودن نیتروژن به محیط از تأثیر معناداری بر ذخیره‌سازی هیدروژن FeCNT در فشارهای زیر 4 مگاپاسکال برخوردار نمی باشد. همچنین، مطالعه انتخاب‌پذیری H2 از مخلوط H2/N2 حاکی از آن است که FeCNT ترجیحی برای جذب H2 نسبت به طیف گسترده‌ای از کسرهای مولی حجمی در فشارهای 4 و 5 مگاپاسکال دارد، که حاکی از آن است که این فشارها می‌توانند به عنوان فشارهای مطلوب در نظر گرفته شوند. شایان ذکر است که در این شرایط، آغشته‌سازی آهن می‌تواند سطح جذب کارآمد و انتخابی را برای ذخیره‌سازی هیدروژن فراهم کند.

Given that adsorption is widely regarded as a favorable technique for hydrogen storage, it is appropriate to pursue the development of suitable adsorbent materials for industrial storage. This study aimed to assess the potential of Fe-doped carbon nanotubes (FeCNT) as a remarkable material for hydrogen storage. The structures of pure and Fe-doped CNTs were optimized based on quantum mechanical calculations using density functional theory (DFT) with the Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE) method. To gain a comprehensive understanding of the adsorption behavior, Monte Carlo simulation was employed to investigate the adsorption of hydrogen molecules on FeCNT. The study specifically examined the impact of temperature, pressure, and hydrogen mole percentage on the adsorption capacity of FeCNT. The findings indicated that the uptake of hydrogen increased as the pressure increased, and when the pressure exceeded 5 MPa, FeCNT reached a state of near saturation. At room temperature and pressures of 1 and 5 MPa, the hydrogen capacities of FeCNT were determined to be 1.53 and 6.92 wt%, respectively. The radial distribution function diagrams confirmed the formation of a one-layer adsorption phase at pressures below 5 MPa. A comparison of the temperature dependence of hydrogen adsorption between FeCNT and pure CNT confirmed the effectiveness of Fe doping in hydrogen storage up to room temperature. FeCNT exhibited a greater reduction in initial hydrogen capacity at temperatures above room temperature. To evaluate the safety of the system, the use of N2 as a dilution agent was investigated by examining the hydrogen uptake of FeCNT from pure and H2/N2 mixtures at 300 K. The results showed that the addition of N2 to the environment had no significant effect on FeCNT hydrogen storage at pressures below 4 MPa. Furthermore, the study of H2 selectivity from the H2/N2 mixture indicated that FeCNT demonstrated a preference for adsorbing H2 over a wide range of bulk mole fractions at pressures of 4 and 5 MPa, suggesting that these pressures could be considered optimal. Under these conditions, Fe doping can offer an efficient and selective adsorption surface for hydrogen storage.

ترجمه این مقاله در 28 صفحه آماده شده و در ادامه نیز صفحه 18 آن به عنوان نمونه قرار داده شده است که با خرید این محصول می توانید، فایل WORD و PDF آن را دریافت نمایید.