Поэтому исследователи по всему миру ищут материалы, способные улавливать и накапливать парниковые газы. Эта общая цель побудила исследователей из Технического университета Дармштадта в Германии и Индийского технологического института Канпура объединиться для изучения возможности использования вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (VACNT) для улавливания и хранения двух парниковых газов, в частности: диоксида углерода (CO2) и серы. диоксид (SO2).Как сообщает команда в Journal of Chemical Physics из AIP Publishing, они обнаружили, что на адсорбцию газа в VACNT можно влиять, регулируя морфологические параметры толщины углеродных нанотрубок, расстояния между нанотрубками и их высоты.
«Эти параметры являются фундаментальными для« настройки »иерархической структуры пор VACNT», — пояснили Махшид Рахими и Дипу Бабу, ведущие авторы статьи и докторанты в области теоретической физической химии и неорганической химии в Техническом университете Дармштадта. «Этот эффект иерархии является решающим фактором для получения высокой адсорбционной способности, а также массопереноса в наноструктуру. Как ни удивительно, теоретически и экспериментально мы обнаружили, что расстояние между нанотрубками играет гораздо большую роль в адсорбции газа, чем диаметр трубки. делает."Типичные углеродные материалы, используемые в приложениях адсорбции / десорбции газа, демонстрируют огромный эффект гистерезиса — при котором значение физического свойства отстает от изменений в вызывающем его эффекте — из-за структуры и распределения пор по размеру, поэтому команда первоначально намеревалась «получить более глубокое экспериментальное и теоретическое понимание основ адсорбции и селективности в углеродных материалах, а также возможностей их применения», — добавили они.Команда выбрала VACNT в качестве материала для исследования, потому что они создаются в процессе химического осаждения из паровой фазы, что позволяет добиться плотного роста и регулярной плотной упаковки углеродных нанотрубок.
VACNT — это «идеальные модельные структуры, на которых можно исследовать теорию и эксперимент», — сказали Рахими и Бабу.Почему важны плотный рост и плотная упаковка углеродных нанотрубок? «Это позволяет нашей команде вводить четко определенные места адсорбции, которые можно исследовать теоретически, и создает идеальный симбиоз между экспериментом и теорией», — сказал Рахими. «Теоретически мы полагаемся на метод молекулярного моделирования для моделирования процесса адсорбции, чтобы он был максимально похож на эксперимент.
Это позволяет нам предсказать, что произойдет, гораздо дешевле, а также изучить, что происходит в экспериментально изученной системе. более глубоко."Последние результаты группы показывают, что адсорбция газа, обеспечиваемая VACNT, превосходит типичные адсорбционные материалы, такие как пористый углерод, цеолиты и металлоорганические каркасы в режиме среднего давления (30 бар). «Этот диапазон адсорбции важен для технологически важных процессов, таких как хранение газа в автомобилях», — отметил Рахими.Что касается планов на будущее, команда продолжит изучение адсорбции газа и селективности в условиях электрического заряда в структурах VACNT. «Помимо этого, мы введем определенные атомы для достижения контролируемого элементарного легирования углеродных нанотрубок», — добавила она. «Это позволит нам дополнительно настроить селективность по газу.
Еще одна область, которую мы также исследуем, — это« контролируемые отверстия углеродных нанотрубок »в таких VACNT для увеличения адсорбции газа».