способ заполнения углеродных нанотрубок водородом
Классы МПК: | B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур |
Автор(ы): | Колесников Николай Николаевич (RU), Кведер Виталий Владимирович (RU), Борисенко Дмитрий Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-09-24 публикация патента:
20.01.2010 |
Изобретение относится к области обработки наноструктур. Сущность изобретения: в способе заполнения водородом углеродных нанотрубок, прошедших термохимическую активацию в парах сульфида цинка, заполнение проводят при температуре 25°С в течение 24 часов под давлением водорода 78-80 атм. Техническим результатом изобретения является увеличение количества водорода, запасаемого в нанотрубках. 1 табл.
Формула изобретения
Способ заполнения водородом углеродных нанотрубок, прошедших термохимическую активацию в парах сульфида цинка, под давлением водорода при температуре 25°С в течение 24 ч, отличающийся тем, что заполнение проводится под давлением водорода 78-80 атм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области обработки наноструктур.
Исследования углеродных нанотрубок (УНТ) как перспективных материалов-аккумуляторов водорода показывают, что важными факторами, определяющими количество водорода, запасаемого в УНТ, являются условия заполнения трубок водородом (температура, время и давление). С экономической точки зрения целесообразны невысокие температуры и давления при относительно небольшом времени заполнения.
Известен способ заполнения водородом УНТ, термохимически активированных обработкой в парах сульфида цинка [Патент РФ № 2296046, опубл. 27.03.2007 г., бюл.9] - прототип. Способ изложен в описании изобретения, в примере, и состоит в заполнении УНТ водородом под давлением в 100 атм при температуре 25°С в течение 24 часов. Параметры такого процесса полностью соответствуют критерию экономической целесообразности. Недостатком способа является низкое содержание водорода в УНТ, не превышающее 4,1% (мас.).
Задачей настоящего изобретения является увеличение количества водорода, запасаемого при температуре 25°С за 24 часа в углеродных нанотрубках, прошедших термохимическую активацию в парах сульфида цинка.
Эта задача решается в предлагаемом способе заполнения углеродных нанотрубок водородом путем проведения процесса под давлением 78-80 атм.
Способ позволяет запасать в УНТ от 4,9 до 5,3% (мас.) водорода. Такое количество запасенного водорода не может быть объяснено физической адсорбцией водорода, а химическое взаимодействие его с УНТ при комнатной температуре маловероятно. В условиях предлагаемого способа предположительно происходит образование водородных кластеров между слоями УНТ, прошедших термохимическую активацию в парах сульфида цинка.
Параметры процесса выбраны экспериментально. При давлениях водорода ниже 78 и выше 80 атм количество водорода, запасенного в УНТ, резко падает, что подтверждается результатами, представленными в таблице.
Можно полагать, что при давлениях водорода ниже 78 атм не происходит образование водородных кластеров или их содержание мало. При давлениях водорода выше 80 атм вероятно происходит быстрое разрушение кластеров из-за нарушения структуры стенок УНТ, имеющих, вследствие взаимодействия с парами сульфида цинка в процессе термохимической активации, большее содержание оборванных связей в сравнении с нанотрубками, активированными другими методами или не подвергавшимися активации.
Таблица | ||
№ | Давление Н2 в процессе заполнения УНТ, атм | Количество Н2, запасенного в УНТ, % (мас.) |
1. | 30 | 0,8±0,7 |
2. | 40 | 1,1±0,7 |
3. | 50 | 1,4±0,7 |
4. | 60 | 1,9±0,7 |
5. | 70 | 2,4±0,7 |
6. | 75 | 3,1±0,7 |
7. | 77 | 3,8±0,7 |
8. | 78 | 4,9±0,7 |
9. | 79 | 5,1±0,7 |
10. | 80 | 5,3±0,7 |
11. | 81 | 4,2±0,7 |
12. | 85 | 3,6±0,7 |
13. | 90 | 3,4±0,7 |
14. | 100 | 3,3±0,7 |
Пример 1:
УНТ, термохимически активированные в парах сульфида цинка, заполняют водородом под давлением 78 атм, при температуре 25°С в течение 24 часов. Затем измеряют волюметрическим методом количество водорода, выделившегося из УНТ при прогреве нанотрубок до 300°С. Полученное значение принимают за количество водорода, запасенное УНТ в процессе заполнения. Вычисленное из этих данных содержание водорода, запасенного в УНТ, составляет 4,9±0,7% (мас.).
Пример 2:
УНТ, термохимически активированные в парах сульфида цинка, заполняют водородом под давлением 79 атм, при температуре 25°С в течение 24 часов. Затем измеряют волюметрическим методом количество водорода, выделившегося из УНТ при прогреве нанотрубок до 300°С. Полученное значение принимают за количество водорода, запасенное УНТ в процессе заполнения. Вычисленное из этих данных содержание водорода, запасенного в УНТ, составляет 5,1±0,7% (мас.).
Пример 3:
УНТ, термохимически активированные в парах сульфида цинка, заполняют водородом под давлением 80 атм, при температуре 25°С в течение 24 часов. Затем измеряют волюметрическим методом количество водорода, выделившегося из УНТ при прогреве нанотрубок до 300°С. Полученное значение принимают за количество водорода, запасенное УНТ в процессе заполнения. Вычисленное из этих данных содержание водорода, запасенного в УНТ, составляет 5,3±0,7% (мас.).
Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур