مطالعه تئوری اثر تکنیک آسیاب کردن بر ذخیره هیدروژن در بوروهیدریدهای فلزات قلیایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، شیمی فیزیک، دانشگاه پیام نور، تهران

چکیده

بوروهیدریدهای فلزات قلیایی از جمله هیدرید‌های فلزی کمپلکس برای ذخیره هیدروژن در پیل‌‌های سوختی هستند که محتوای هیدروژن بالایی دارند. اما پیوند‌های قوی در این ترکیبات موجب واجذب هیدروژن در دما‌های بالاست. ثابت کوپلاژ چهارقطبی هسته‌ها، معیاری از جفت‌شدن میدان الکتریکی حاصل از الکترون‌ها به خصوص الکترو‌ن‌های داخلی و ممان چهارقطبی الکتریکی هسته است. با محاسبه پارامترهای چهارقطبی هسته‌ها، می‌توان اطلاعات مفیدی از دانسیته بار اتمها و چگونگی توزیع بار در ملکول‌ها به دست آورد. در این تحقیق با محاسبه پارامترهای چهارقطبی هسته‌های بور در بوروهیدریدهای فلزات قلیایی MBH4(M=Li, Na, K, Rb)، مشاهده شد که اتم بور در تمام ترکیبات دانسیته بار تقریبا یکسانی دارد. در ادامه با محاسبه پارامترهای چهارقطبی هسته‌های بور در برخی بوروهیدریدهای آسیاب شده با کلرید روی، اثرتکنیک آسیاب کردن،BM، با ZnCl2 بررسی شد و مشاهده شد حضور اتمهای Zn در شبکه کریستالی LiBH4 و NaBH4 و تشکیل ترکیبات LiZn2(BH4)5 و NaZn2(BH4)5 و NaZn(BH4)3 باعث کاهش قابل ملاحظه ثوابت کوپلاژ چهارقطبی هسته بور شده است. به عبارت دیگر حضور Zn باعث کاهش پایداری ترمودینامیکی ترکیب شده و دمای واجذب هیدروژن کمتر می‌شود. محاسبات با استفاده از نرم افزارGaussian03 و روش B3LYP/6-311G* روی ساختارهای کریستالی ترکیبات انجام شد.

کلیدواژه‌ها


-  مراجع
[1] M. Jianfeng, G. H. Duncan, Recent Advances in the Use of Sodium Borohydride as a Solid State Hydrogen Store,  Energies. Vol.8, PP. 430-453, 2015.
[2] P. Vajeeston, P. Ravindran, A. Kjekshus, H. Fjellvag,  Structural stability of alkali boron tetrahydrides ABH4 (A = Li, Na, K, Rb, Cs) from first principle calculation, J. Alloys Comp. Vol. 387,PP. 97-104, 2005.
[3] G. L. Soloveichik, Metal Borohydrides as Hydrogen Storage Materials, Material Matters., Vol. 2, PP. 11-15, 2007.
[4] P. Martelli, R. Caputo, A. Remhof, P. Mauron, A. Borgschulte, A. Züttel, Stability and Decomposition of NaBH4,,  J. Phys. Chem. C., Vol. 114, PP. 7173-7177, 2010.
[6] Y. Filinchuk, A. V. Talyzin, H. Hagemann, V. Dmitriev, D. Chernyshov, B. Sundqvist, Cation Size and Anion Anisotropy in Structural Chemistry of Metal Borohydrides. The Peculiar Pressure Evolution of RbBH4Inorg. Chem., Vol. 49, PP. 5285-5292, 2010.
[7] J. D. Graybeal, Molecular Spectroscopy, PP. 271-300, McGraw_Hill, Singapore, 1988.
[8] C. P. Slichter, Principles of Magnetic Resonance, PP. 485-500, Springer, New York, 1992.
[9] E. A. C. Lucken, Nuclear Quadrupole Coupling Constant, PP. 6-30, Academic Press, London, 1969.
[10] M. H. Cohen, F. Reif, Quadrupole Effects in Nuclear Magnetic Resonance Studies of Solids, Solid State Phys., Vol. 5, PP. 321-438, 1957.
[11] A. R. Leach, Molecular Modeling Principles and Applications., PP. 3-18, Longman, Singapore, 1997.
[12] I. N. Levine, Quantum Chemistry,  Fourth Edition, PP. 455-545, Brooklyn, New York, 1991.
[13]  M. J. Frisch, G. W. Trucks, H.B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb, J.R. Cheeseman, J.A. Montgomery, T. Vreven, Jr., K.N. Kudin, J.C. Burant, J.M. Millam, S.S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G.A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota,R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y.Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R.E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J.W. Ochterski, P.Y. Ayala, K. Morokuma, G.A. Voth, P. Salvador, J.J. Dannenberg, V.G. Zakrzewski, S. Dapprich, A.D. Daniels, M.C. Strain, O. Farkas, D.K. Malick, A.D. Rabuck, K. Raghavachari, J.B. Foresman, J.V. Ortiz, Q. Cui, A.G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B.B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R.L. Martin, D.J. Fox, T. Keith, M.A. Al_Laham, C.Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P.M.W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M.W. Wong, C. Gonzalez, and J.A. Pople, Gaussian 03, Rev. A.1 Gaussian Inc., Pittsburgh PA, 2003.
[14] W. Koch, M. C. Holthausen, A Chemist’s Guide to Density Functional Theory. PP. 87-125, Wiley-VCH, 2000.
[15] P. Pyykko, Year-2008 nuclear quadrupole moments, Molecular Physics. Vol. 106, PP. 1965-1974, 2008.
[16] H. W. Li, Y. G. Yan, S. Orimo, A. Züttel, C. M. Jensen, Recent Progress in Metal Borohydrides for Hydrogen Storage, Energies. Vol. 4, PP. 185-214, 2011.
[17] J. J. Vajo, S. L. Skeith, F. Mertens, Reversible Storage of Hydrogen in Destabilized LiBH4,  j. phys. Chem. B. Vol. 109, PP. 3719-3722, 2005.
[18] D. Ravnsbæk, Y. Filinchuk, Y. Cerenius, H. J. akobsen, F. Besenbacher, J. Skibsted, T. R. Jensen, A Series of Mixed-Metal Borohydrides,  Angew. Chem. Int. Ed. Vol. 48, PP. 6659-6663, 2009.
[19] J. P. Soulie, G. Renaudin, R. Cerny, K. Yvon, Lithium boro-hydride LiBH4: I. Crystal structure,  J. Alloys Comp., Vol. 346, PP. 200-205, 2002.