Málstofa föstudaginn 22. maí

Almennt, Málstofur efnafræðiskorar Comments (0)

Efnafræðiskor HÍ kynnir meistaraprófsfyrirlestur–MS Thesis Lecture:

 Jón Steinar G. Mýrdal

Theoretical Studies of Aluminum Based Nano Scale Materials for Hydrogen Storage

(Kennilegar rannsóknir á álríkum nanóefnum fyrir vetnisgeymslu)

Staður (Place):                           Stofa VR-II 157, Háskóli Íslands, Hjarðarhaga 2-4.

Dagsetning (Date):                        Föstudagur 22. maí 2009.

Tími (Time):                                      12:30-13:30.

Abstract

Hydrogen is, for many reasons, an appealing energy carrier. The main problem for using hydrogen as fuel in mobile application is the onboard storage. Many studies have been done on so called metal hydrides for the purpose of storing hydrogen.

For a metal hydride system to fulfill its task of being a good hydrogen storage it needs to release the hydrogen close to 100!C and the gravimetric portion of hydrogen in the system should be high, at least 6 wt% Former studies done in the H. Jónsson group showed that hydrogen binds more strongly to Mg, compared to large crystalline MgH2, if the Mg is in nano scale clusters. Unfortunately, for Mg the hydrogen binding energy is already to large for the MgH2 crystal. These results have motivated us to look at the hydrogen binding in nano scale Al clusters, since the alane crystal (AlH3) is thermodynamically unstable at room temperatures but has a very high gravimetric portion of hydrogen, 10.1 wt%.

We have studied the stability and structure of nano scaled aluminum and aluminum hydride clusters with plane wave based density functional theory (DFT). The structures of AlnH3n clusters are surprisingly open and all aluminum atoms are connected through a hydrogen bridging bonds. These bridging bonds make the clusters very open and floppy. The binding energy of hydrogen in the aluminum hydride clusters has been calculated for clusters with 2 to 30 Al atoms.

As for MgH2, the binding energy is larger for small clusters of AlH3 than for the crystalline material. A model has been fitted to our data, to predict the binding energies of hydrogen for even larger clusters. By comparing the stabilities of the pure aluminum clusters to the stability of aluminum hydride clusters, one sees that the reason for the increase in binding energy is due to the fact that the pure aluminum clusters destabilize more than the aluminum hydride clusters with decreasing size.

 Ágrip

Vetni er fyrir margar sakir ákjósanlegur orkuberi.  Helsta vandamál við að nota vetni sem eldsneyti í farartækjum er geymsla þess um borð.  Málmhýdríð hafa mikið verið rannsökuð sem hugsanlegar vetnisgeymslur.  Til þess að málmhýdríð  uppfylli skilyrði sín sem góðvetnisgeymsla þarf það að losa vetnið við um 100°C og massahlutfall vetnisins í kerfinu þarf að vera hátt, í það minnsta 6 wt%.  Fyrri rannsóknir sem gerðar hafa verið í rannsóknarhópi Hannesar Jónssonar hafa sýnt að vetni bindst fastar í Mg, í samanburði viðstóra kristalla, ef Mg er í nanóstærðar klösum.  Svo óheppilega vill þó til að fyrir Mg bindst vetni of fast í MgH2 kristalnum og er þessi aukna binding því óhagstæð.  Þessar niðurstöður hafa veitt okkur innblástur fyrir því að skoða bindingu vetnis í nanóstærðar ál klösum, þar sem alane kristallinn (AlH3) er varmafræðilega óstöðugur við herbergishita en hefur mjög hátt massahlutfall vetnis, 10.1 wt%.

Við höfum rannsakað stöðugleika og atóm byggingu á nanó stærðar ál og álhýdríð klösum með plan bylgju byggðri þéttnifellafræði (DFT).  Það kemur á óvart hversu opin atóm bygging AlnH3n klasanna er, en í henni eru öll ál atómin tengd með brúuðum vetnistengjum.  Þessi brúuðu vetnistengi gera það að verkum að álhýdríðklasarnir eru mjög opnir og sveigjanlegir.  Bindiorka vetnis í álhýdríð klösum hefur verið reiknuð fyrir klasa með 2-30 atómum.  Líkt og fyrir Mg þá er bindiorkan hærri fyrir smáa klasa af áli heldur en fyrir kristalinn.  Líkan, byggt á reiknuðum gögnum, hefur verið notað til þess að spá fyrir um bindiorku vetnis í ennþá stærri klösum.  Með því að bera saman stöðuleika hreinna ál klasa við stöðugleika álhýdríðklasa sést að ástæða vaxtar bindiorkunnar er uppruninn frá því að hreint ál missir stöðugleika mun hraðar en álhýdríð þegar klasarnir minnka. 

Soffia @ May 21, 2009