![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Применение газового топлива в мобильных источниках энергии, в частности, водорода и метана, является актуальной задачей, способной в обозримом будущем решить проблему поиска альтернативных видов топлива. В данном направлении наиболее перспективными являются технологии адсорбционного аккумулирования газов так как они не требуют создания специальных условий хранения и обладают рядом технических преимуществ, к примеру, повышенной пожаро- взрывобезопасностью. Однако на настоящий момент существующие микропористые материалы не способны обеспечить выдвигаемых к ним требований по количеству аккумулированного вещества. В связи с этим ключевой задачей является создание новых адсорбентов, с более эффективными структурно-энергетическими характеристиками. В этом направлении одним из наиболее перспективных направлений является аккумулирование газов массивами углеродных нанотрубок [Школин А.В., Фомкин А.А, Стриженов Е.М., Пулин А.Л. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2014. Т.50. №3. С.227-235.]: упакованными в заданной последовательности. В работе предложен подход численного моделирования методом молекулярной динамики к самоорганизации супрамолекулярных структур на основе углеродных нанотрубок и молекул координаторов - толуола. Для моделирования были выбраны открытые одностенные углеродные нанотрубки, нехиральные, диаметром ~10 Å и длиной ~50 Å. Свободные связи атомов углерода по краям нанотрубок были связаны атомами водорода. В качестве молекул координаторов были выбраны молекулы нафталина в количестве 400 молекул в ячейке моделирования. Температура исследованных систем 393 К. Расчеты проводились при помощи пакета TINKER c силовым полем OPLS-AA. Элементарный шаг интегрирования уравнения движения составил 1 фс, мгновенные снимки получали каждые 1000 фс. Ячейка моделирования представляла собой куб с гранями 100 Å. Было установлено, что в условиях численного эксперимента происходила самоорганизация нанотрубок в триангулярную упаковку. Парциальное удаление молекул толуола из системы моделирования (до 50 молекул) приводило к образованию пористого пространства между нанотрубками и молекулами координаторами без разрушения супрамолекулярной структуры. Среднее расстояние между нанотрубками в стабильной координации составило 2.02 нм (эквивалентный диаметр нанопоры 1.26 нм). Таким образом, в численном эксперименте была показана возможность образования супрамолекулярных структур на основе нанотрубок и молекул координаторов толуола. Оценки адсорбции метана при 3.5 МПа и 298 К, выполненные с применением математического аппарата теории объемного заполнения микропор М.М. Дубинина, при условии сорбции только в образованной между нанотрубками пористости, составили: 171 нм3(СН4)/м3 (17 %масс.).