تحقیق در مورد ذخیره هیدروژن با مواد جدید

او در بخش اول رساله خود به بررسی میزان ذخیره هیدروژن در مواد جدیدی با
ساختارهای آلی – فلزی پرداخت. این دسته مواد جدید ترکیبی از خوشه‌های فلزی
کبالت و روی هستند که از طریق پیوندهای آلی به‌هم متصل شده‌اند و دارای
ساختاری متخلخل هستند. یک گرم از این مواد دارای سطح جذب هیدروژن بالایی
بزرگتر از سطح یک زمین فوتبال هستند به‌طوری‌که مقادیر زیادی از این دسته
از مواد سالانه سنتز شده و به‌عنوان نسل جدید مواد ذخیره ساز هیدروژن مورد
استفاده قرار می گیرند. جذب هیدروژن بر روی چندین نمونه از این نوع
ساختارهای درای اتصالات فلزی – آلی مورد بررسی قرار گرفت و اثر مساحت سطحی،
حجم و شکل حفرات بر پارامترهای ذخیره هیدروژن مورد مطالعه قرار گرفت.
ساختارهای مذکور قادر به ذخیره‌سازی هیدروژن در دمای خیلی پایین هستند اما
میزان ذخیره‌سازی هیدروژن در دمای محیط به اندازه کافی نیست. از این رو
لوزان بر روی روش‌های جدید برای تقویت ذخیره‌سازی هیدروژن توسط این
ساختارها کار کرد. هرچند که در گذشته از کاتالیست های فلزی برای افزایش
ذخیره‌سازی هیدروژن استفاده شده بود اما بر اساس یافته‌های این پژوهش
کاتالیست های فلزی بر روی افزایش ذخیره هیدروژن در ساختارها با اتصالات آلی
– فلزی اثری نداشتند.

هیدروژن علاوه بر اینکه به‌عنوان یک سوخت مهم مطرح است، به‌عنوان یک ماده
شیمیایی برای بهینه کردن نانوساختارهای کربنی مانند نانولوله های کربنی،
فولرین و گرافن نیز کاربرد دارد. گرافن یک تک لایه از اتم‌های کربن؛
نانولوله‌های کربنی یک لایه گرافن رول شده حول محور یک استوانه و فولرین
متشکل از ۶۰ اتم کربن به شکل توپ فوتبال است. این ساختارهای کربنی از استیل
مقاوم‌تر، از مس هادی‌تر و از الماس رسانایی حرارتی بهتری دارند.

در بخش دوم این رساله لوزان مواد ایجاد شده در اثر واکنش هیدروژن با
نانولوله‌های کربنی و فولرین را مورد مطالعه قرار داد. مطالعه بر روی واکنش
فولرین (C₆₀) و هیدروژن در دمای بالا و با فشار بالای گاز هیدروژن در حضور
و عدم حضور کاتالیست‌های فلزی انجام شد. واکنش منجر به تشکلیل فولرین
هیدروژنه (C₆₀H_x) شد که با ادامه هیدروژناسیون ساختار فولرین از هم پاشید.
این نتیجه نشان داد که شکستن فولرین به ساختارهای کوچک شبیه جام که به‌وسیله
هیدروژن پایدار شده‌اند، ممکن است. سنتز این ساختارهای کربنی جام مانند در
گذشته مشکل به‌نظر می‌رسید اما به گفته لوزان با استفاده از این روش قادر
هستیم از فولرین به‌عنوان یک منبع کربنی ارزان‌قیمت استفاده کرده و
ساختارهای کربنی با خواص منحصر به‌فرد تولید کنیم. به‌عنوان مثال گرافن
هیدروژنه یک ماده ایده آل برای ساخت ابزارهای الکترونیکی است. تهیه این
ساختار به‌طور مستقیم و از طریق هیدروژنیزاسیون گرافن مشکل است در حالی که
با هیدروژنه کردن نانولوله‌های کربنی و برش نانولوله در راستای محور می‌توان
به این ساختار رسید این سازه کربنی جدید نانوروبان نامیده می‌شود و حاوی
اتم‌های هیدروژن سطحی است. نتایج این تحقیق در مورد نانولوله‌های کربنی
نشان داد که واکنش بین نانولوله‌های تک دیواره و هیدروژن، تنها در حضور
کاتالیست امکان‌پذیر است و این عمل منجر به تشکیل گرافن یا نانوروبان های
گرافنی می‌شود.