Сорбция водорода углеродными нанотрубками (Обзор)

Abstract

Рассмотрены возможности использования водорода как одного из самых перспективных альтернативных источников энергии и проблемы его хранения. Изучение сорбции водорода углеродными нанотрубками открывает большие возможности и ставит практические задачи перед учеными. Цель данного обзора — свести к единому пониманию уже достигнутые результаты по изучении структуры и термодинамики процессов в углеродных наноматериалах, определить перспективы для данного направления, в частности, сорбции водорода углеродными нанотрубками. Рассмотрены строение и свойства разнообразных нанотрубок в зависимости от методики синтеза, модификации их структуры и методы определения удельной поверхности, а также сорбционные свойства. Противоречивость полученных данных первых годов исследований поставила задачу разработки теоретических методов расчета сорбции водорода углеродными нанотрубками. Обзор этих монографий подтвердил опасения ученых на счет низкой массовой доли сорбированного водорода с помощью физической адсорбции, но оставил открытым вопрос о хемосорбции. В процессе изучения наработанного материала установлено направление изучения сорбции многослойными нанотрубками как наиболее перспективными сорбентами для водородной энергетики.

Розглянуто можливості використання водню як одного з найперспективніших альтернативних джерел енергії та проблеми його зберігання. Вивчення сорбції водню вуглецевими нанотрубками відкриває великі можливості та ставить практичні задачі перед вченими. Ціль даного огляду — звести до єдиного розуміння вже досягнуті результати у вивченні структури та термодинаміки процесів у вуглецевих наноматеріалах, визначити перспективи для даного напрямку, зокрема сорбції водню вуглецевими нанотрубками. Розглянуто будову та властивості різних нанотрубок у залежності від методики синтезу, модифікації структури та методу визначення питомої поверхні, а також їх сорбційні властивості. Протиріччя отриманих даних перших років досліджень поставили задачу розробки теоретичних методів розрахунків сорбції водню вуглецевими нанотрубками. Огляд цих монографій підтвердив здогадки вчених щодо низької масової частки сорбованого водню за допомогою фізичної адсорбції, але залишив відкритим питання про хемосорбцію. Визначено напрямок вивчення сорбції багатошаровими нанотрубками як найбільш перспективними сорбентами для водневої енергетики. У процесі вивчення напрацьованого матеріалу встановлено напрямок вивчення сорбції багатошаровими нанотрубками як найбільш перспективними сорбентами для водневої енергетики.

The possibilities of using a hydrogen as one of the most promising perspectives bringing along the problem of its storage are considered in this paper. Studying of hydrogen adsorption opens the great opportunities and makes the scientists face practical tasks. The aim of the present review is to reduce the already achieved results of the structure and thermodynamic processes in carbon nanomaterials study to uniform understanding, and to define the future challenges for this area of studies, in particular concerning the hydrogen sorption by carbon nanotubes. The article shows structural variety and the properties of different kinds of the tubes, depending on synthesis method, structure modification and procedure for determining specific surface area and adsorption properties. The first years of research resulted in contradictory outcome which has provided for development of theoretical methods for the calculation of hydrogen adsorption by carbon nanotubes. A review of these monographs confirmed the concerns that the scientists had about low mass fraction of adsorbed hydrogen by physical adsorption, yet left the issue of chemisorption unresolved. Examination of accumulated material has resulted in setting the study of multiwalled nanotubes adsorption as a priority since they have proven to be the most promising adsorbents for hydrogen energy.