Hydrogenlagring i materialer

More documents

Recommendations

Info

Mange kombinasjoner av metallatomer, blant annet titan, skandium, og vanadium ble tilsatt forskjellige polymerer som polyacetylen, polypyrrol og polyanilin, men valget falt som sagt på polyacetylen. Figur 11‐1: Konfigurasjonen til cis‐polyacetylen. De grønne kulene er karbonskjelettet, de blå er titanatomer og de røde er hydrogenatomer. Som bildet viser vil cis‐polyacetylen ordne seg slik at hvert titanatom har fem hydrogenmolekyler festet til seg. (Bilde hentet fra: http://physicsweb.org/articles/news/10/8/15/1#hydrogen) Polyacetylen består av en karbonkjede med alternerende enkelt og dobbeltbindinger. For hvert karbonatom er det et hydrogenatom som kan byttes ut med et titanatom. Opp til fem hydrogenmolekyler kan sette seg på hvert titanatom, og det gir en lagringskapasitet på 7,6 wt %. Dette er ved moderate temperaturer og trykk noe som gjør oppdagelsen enestående. Forskningsgruppen er allerede i gang med syntetisering av Ti‐polyacetylen og måling av lagringskapasiteten, så får tiden vise om dette blir den nye måten å lagre hydrogen. 12. Polyhydrogen TM – Hvis verden bare var så enkel… Et lite undersøkt konsept, mye på grunn av naturens lover, er hydrogenlagring som Polyhydrogen. Dette er kjeder av hydrogenatomer som er bundet i hverandre i tredimensjonale nettverk. Det store problemet hittil har vært at et hydrogenatom kun binder seg til ett annet, og der stopper kjeden. Da fås et ekstremt flyktig molekyl som har veldig lav tetthet og som kalles hydrogengass i flertall. Grunnen til at hydrogengass bare opptrer i form av H2, er elektronorbitalenes (energitilstander) natur. De fylles opp med elektroner i en rekkefølge der orbitaler med lavest energi fylles først og så videre i stigende rekkefølge. (Dette gjelder først og fremst atomer frem til grunnstoffnummer 20, kalsium.) Første orbital kalles 1s og har kun mulighet til å inneholde to elektroner. Hydrogenatomets elektron befinner seg i denne orbitalen mesteparten av tiden. Når to hydrogenatomer slår sammen orbitalene sine lages binding på grunn av at orbitalene overlapper, og de to elektronene som finnes der kommer i lavere energitilstand og blir bindende. Det er fortsatt plass til to elektroner til i overlappsorbitalen, men disse blir antibindende energetisk sett. Et hydrogenmolekyl burde derfor bare inneholde to elektroner for at det skal ha lavest mulig energi. Det er blant annet derfor dihelium He2 ikke finnes. 21
Figur 12‐1: Til venstre: To 1s‐orbitaler med samme fortegn overlapper og danner en bindende orbital. Prikkene i midten er hydrogenkjernene. (Bilde hentet fra: http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/MOs/H2/1s1s‐sigma/index.html) Til høyre: To 1s‐orbitaler med motsatt fortegn frastøter hverandre og lager ikke overlapp. (Bilde hentet fra: http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/MOs/H2/1s1s‐sigma‐star/index.html) Figur 12‐2: Skjematisk oversikt over to hydrogenatomer som danner binding (Bilde hentet fra: http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/mo.html) For å lage en kjemisk binding trengs minst to elektroner, og den egenskapen overstyrer s‐ orbitalenes evne til å lage flere bindinger enn én. De neste orbitalene elektroner kan oppholde seg i er 2s og 2p. I 2s er det også kun plass til to elektroner, men i 2p derimot, er det plass til seks elektroner og dermed er det mulig med flere bindinger enn en. Som et eksperiment kan det tenkes at hvis hydrogen hadde hatt mulighet til å ha elektronet i 2p‐orbitalen i en metastabil tilstand, ville det kunne danne flere overlapp med andre atomer og dermed danne flere bindinger. Det antas også at ett enkelt elektron vil kunne befinne seg over alt i alle p‐orbitalene til enhver tid. Figur 12‐3: p‐orbitaler (Bilde hentet fra: http://winter.group.shef.ac.uk/orbi tron/AOs/2p/index.html) For å få hydrogenets elektron til å befinne seg i 2p‐orbitalen, må energien dets økes betraktelig, siden 2p‐orbitalen er i en energitilstand langt høyere enn 1s‐orbitalen. Ved å føre hydrogengass gjennom en elektrisk lysbue (gnist) kan atomene eksiteres og danne kjeder av hydrogen, som i stor mengde danner en gjennomsiktig tyntflytende masse, ”Polyhydrogen”. Tettheten til massen vil sannsynligvis være en del høyere enn for flytende hydrogen. Hvis det tas utgangspunkt i lengden til en H‐H binding som er 74 pm og antar at lengden i Polyhydrogen er litt lengre, ~150 pm i alle retninger, og hvert atom har en radius på ~50 pm vil det være mulig å pakke hydrogen ekstremt tett. Ved 22
Page 1 and 2: Hydrogenlagring i materialer Et pro
Page 3 and 4: Problemstilling I dette prosjektet
Page 5 and 6: Hydrogen kan pakkes mye tettere i m
Page 7 and 8: Figur 2‐2: En trykk‐konsentrasj
Page 9 and 10: 4. Alanater og blandede hydrider Hi
Page 11 and 12: eversible ved moderate tilstander.
Page 13 and 14: Figur 4‐5: Skjematisk oversikt ov
Page 15 and 16: 6. Karbon nanorør Karbon danner fo
Page 17 and 18: Modellering Det er foretatt modelle
Page 19 and 20: 8. Metall‐organiske porøse mater
Page 21: Til venstre: Figur 10‐1: Hydrogen
Page 25 and 26: Konklusjon Med dagens teknologi er

Hydrogenlagring i materialer

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?