دانشگاه کاشان: بررسی قابلیت گرافاین (Graphyne) در حوزه ذخیره‌سازی هیدروژن

دانشگاه کاشان: بررسی قابلیت گرافاین (Graphyne) در حوزه ذخیره‌سازی هیدروژن

پژوهشگران دانشگاه کاشان با انجام یک شبیه‌سازی رایانه‌ای به بررسی قابلیت گرافاین خالص و گرافاین اصلاح‌شده در حوزه ذخیره سازی و نگهداری هیدروژن پرداختند. گرافاین یک نانوساختار دوبعدی کربنی و از خانواده گرافن است. تفاوت آن با گرافن در جایگزینی برخی پیوندهای کربن-کربن با یک گروه استیلنی است.

امروزه استفاده از هیدروژن به‌عنوان یک سوخت پاک و جایگزینی مناسب برای سوخت‌های آلاینده فسیلی به‌صورت یک رویکرد جدی در بسیاری از کشورها دنبال می‌شود. در این راستا، یکی از مهم‌ترین چالش‌ها مسئله ذخیره‌سازی و نگهداری این سوخت با ارزش است. در سال‌های اخیر محققان بسیاری از کشورهای مختلف ساختارهای گوناگونی را به‌منظور افزایش ظرفیت و امنیت مخازن هیدروژنی پیشنهاد داده‌اند.

دکتر عادل رئیسی وانانی، دانشیار گروه شیمی فیزیک دانشگاه کاشان، ضمن اشاره به قابلیت ساختارهای دوبعدی کربنی به‌عنوان یکی از گزینه‌های پیش رو در حوزه ذخیره‌سازی هیدروژن، در خصوص معایب این ساختارها و اهداف دنبال شده در این طرح گفت: «ساختارهای کربنی دوبعدی به‌تنهایی قابلیت بالایی در جذب هیدروژن از خود نشان نمی‌دهند، ازاین‌رو در طرح حاضر ما به دنبال دست‌کاری ساختاری یک نانوساختار دوبعدی کربنی از خانواده گرافن، به نام گرافاین، با هدف افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن بوده‌ایم.»

وی ادامه داد: «نتایج این کار می‌تواند در خودروهای هیبریدی و پیل‌های سوختی مورد استفاده قرار گیرد. البته این مطالعه به‌صورت شبیه‌سازی رایانه‌ای انجام‌شده و برای تأیید آن به انجام مراحل آزمایشگاهی نیاز است.»

این محقق در خصوص نانوساختار کربنی موردمطالعه در این پژوهش افزود: «همان‌طور که پیش‌تر نیز عنوان شد، ساختار موردمطالعه یکی از نانوساختارهای دوبعدی کربنی است که ضخامتی در حد ابعاد یک اتم دارد. سنتز این نانوساختار در دنیا برای اولین بار در سال ۲۰۱۷ توسط محققان انجام شد. ساختار لایه‌­ای این نانوساختار موجب می‌شود تا بتوان مقادیر بسیار بالاتری از هیدروژن را نسبت به ساختارهای توده‌ای در آن ذخیره کرد.»

رئیسی وانانی تصریح کرد: «با توجه به خصوصیات منحصربه‌فرد فلز پتاسیم از جمله انرژی جذب آن بر روی گرافاین، ما در این مطالعه به بررسی قابلیت آن در بهبود هرچه بیشتر ظرفیت جذب نانوساختار گرافاین پرداخته‌ایم.»

وی در تبیین نتایج حاصل شده از این پژوهش گفت: «در این کار ما توانستیم با استفاده از فلز پتاسیم تا ۹ مولکول هیدروژن را در یک سمت سلول واحد ساختار دوبعدی گرافاین بنشانیم و متوسط انرژی جذب برابر ۲۱۲/۰ الکترون‌ولت به دست آمد. در نهایت این ترکیب می‌تواند تا نزدیک به ۱۴ درصد وزنی گاز بسیار سبک هیدروژن را در خود ذخیره کند که از قابلیت بالای این ساختار اصلاح‌شده حکایت دارد.»

این پژوهش حاصل همکاری دکتر عادل رئیسی وانانی- عضو هیئت‌علمی دانشگاه کاشان و معصومه شمس- دانشجوی مقطع کارشناسی‌ارشد این دانشگاه است. نتایج این کار در مجله‌ International Journal of Hydrogen Energy با ضریب تأثیر ۲۲۹/۴ ( جلد ۴۴، شماره ۱۰، سال ۲۰۱۹، صفحات ۴۹۰۷ تا ۴۹۱۸) به چاپ رسیده است.