📄Работа №201693
Тема: Закономерности формирования, структура и свойства материала-накопителя водорода на основе магний/гидрид магния и оксида хрома
Характеристики работы
Тип работы
Диссертация
Предмет
Физика
Объем:
112 листов
Год:
2023
Просмотров:
64
700
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 4
Глава 1. Анализ современного состояния науки в области разработки материалов накопителей водорода на основе магния 12
1.1 Хранение водорода в гидриде магния 12
1.2 Способы улучшения свойств материалов-накопителей водорода на основе гидрида магния 15
1.3 Добавление металл-органических каркасных структур к гидриду магния 18
1.4 Особенности механохимического синтеза материалов накопителей на основе гидрида магния
с металлорганическими каркасными структурами 30
Глава 2. Материалы и методы исследования 37
2.1 Механохимическая активация порошка магния и механохимический синтез композитов в
планетарной шаровой мельнице АГО-2 38
2.2 Наводораживание магния, определение температуры выхода водорода методом
термодесорбционной спектроскопии на автоматизированном комплексе Gas Reaction
Controller 40
2.3 Термогравиметрический анализ и дифференциальная сканирующая калориметрия гидрида
магния и композитов 41
2.4 Изучение структурно-фазового состояния композитов с использованием дифрактометра
Shimadzu XRD-7000S 42
2.5 Изучение морфологии и распределения элементов в композитах с помощью сканирующего
электронного микроскопа TESCAN VEGA 3 SBU 43
2.6 Изучение структуры и морфологии при помощи просвечивающего электронного микроскопа 44
2.7 In situ исследования фазовых переходов при нагреве в системе магний-водород методами
дифрактометрии на синхротронном излучении 45
2.8 In situ исследование эволюции дефектов при термическом воздействии с использованием
методов позитронной спектроскопии 45
2.9 Первопринципные расчеты системы Mg-Cr-O-H 49
Глава 3. Закономерности формирования и структура композита на основе гидрида магния и оксида хрома 50
3.1 Процесс механохимического синтеза композита 50
3.2 Характеристика водородных свойств MgH2 и композита Mgl Г CnO; 70
Глава 4 Характеристики взаимодействия с водородом и эволюция дефектной структуры композита MgH2-CrO при гидрировании/дегидрировании 76 4.1 Теоретические расчеты из первых принципов структурной устойчивости систем MgH2, MgH2-
O, MgH2-Cr, MgH2-CrO 76
4.2 Проведение in situ позитронной спектроскопии экспериментальных образцов новых и перспективных функциональных материалов при водородном воздействии 82
Заключение и основные выводы по работе 99
Перечень сокращений и обозначений 101
Список литературы 102
Глава 1. Анализ современного состояния науки в области разработки материалов накопителей водорода на основе магния 12
1.1 Хранение водорода в гидриде магния 12
1.2 Способы улучшения свойств материалов-накопителей водорода на основе гидрида магния 15
1.3 Добавление металл-органических каркасных структур к гидриду магния 18
1.4 Особенности механохимического синтеза материалов накопителей на основе гидрида магния
с металлорганическими каркасными структурами 30
Глава 2. Материалы и методы исследования 37
2.1 Механохимическая активация порошка магния и механохимический синтез композитов в
планетарной шаровой мельнице АГО-2 38
2.2 Наводораживание магния, определение температуры выхода водорода методом
термодесорбционной спектроскопии на автоматизированном комплексе Gas Reaction
Controller 40
2.3 Термогравиметрический анализ и дифференциальная сканирующая калориметрия гидрида
магния и композитов 41
2.4 Изучение структурно-фазового состояния композитов с использованием дифрактометра
Shimadzu XRD-7000S 42
2.5 Изучение морфологии и распределения элементов в композитах с помощью сканирующего
электронного микроскопа TESCAN VEGA 3 SBU 43
2.6 Изучение структуры и морфологии при помощи просвечивающего электронного микроскопа 44
2.7 In situ исследования фазовых переходов при нагреве в системе магний-водород методами
дифрактометрии на синхротронном излучении 45
2.8 In situ исследование эволюции дефектов при термическом воздействии с использованием
методов позитронной спектроскопии 45
2.9 Первопринципные расчеты системы Mg-Cr-O-H 49
Глава 3. Закономерности формирования и структура композита на основе гидрида магния и оксида хрома 50
3.1 Процесс механохимического синтеза композита 50
3.2 Характеристика водородных свойств MgH2 и композита Mgl Г CnO; 70
Глава 4 Характеристики взаимодействия с водородом и эволюция дефектной структуры композита MgH2-CrO при гидрировании/дегидрировании 76 4.1 Теоретические расчеты из первых принципов структурной устойчивости систем MgH2, MgH2-
O, MgH2-Cr, MgH2-CrO 76
4.2 Проведение in situ позитронной спектроскопии экспериментальных образцов новых и перспективных функциональных материалов при водородном воздействии 82
Заключение и основные выводы по работе 99
Перечень сокращений и обозначений 101
Список литературы 102
📖 Аннотация
В данной диссертационной работе проведено комплексное исследование закономерностей формирования, структуры и функциональных свойств перспективного материала-накопителя водорода на основе системы магний/гидрид магния с оксидом хрома (Cr₂O₃). Актуальность исследования обусловлена глобальными вызовами, связанными с истощением ископаемых энергоносителей и необходимостью перехода к водородной энергетике, где ключевой проблемой является создание эффективных и безопасных систем хранения водорода. Основные результаты включают разработку оптимизированной методики синтеза, заключающейся в механической активации магния с последующим гидрированием, что обеспечивает степень конверсии до 97%. Методом механохимического синтеза получен композит MgH₂–Cr₂O₃ с подобранными параметрами обработки (соотношение шары/порошок 20:1, время 60 мин., скорость 900 об/мин). Установлено, что его микроструктура представляет собой систему «ядро-оболочка» с наноразмерными частицами оксида хрома, равномерно распределенными на поверхности гидрида магния, что существенно увеличивает удельную площадь поверхности. Данная архитектура обусловила значительное улучшение сорбционных характеристик: температура десорбции водорода для композита снижена до 305°C (против 447°C для чистого MgH₂), а энергия активации процесса диссоциации уменьшена на 36%, составив 120 ± 2 кДж/моль. Научная значимость работы заключается в установлении корреляции между механохимическими условиями синтеза, формированием специфической структуры «ядро-оболочка» и кинетическими параметрами высвобождения водорода. Практическая ценность состоит в создании прототипа материала с улучшенными эксплуатационными свойствами для потенциального применения в водородной энергетике. Проведенный анализ литературы, включающий работы Ouyang L. et al. по обзору магниевых гидридов, Ren L.
📖 Введение
Актуальность темы исследования.
Все большее истощение запасов ископаемых энергоносителей и увеличение ежегодных глобальных выбросов углерода с 6,1 до 9,8 миллиарда тонн к 2025 году являются важными факторами, влияющими на устойчивое развитие человеческого общества [1-3]. Фундаментальным решением этой проблемы является снижение зависимости от традиционных ископаемых источников энергии и разработка новых альтернативных источников энергии, поэтому развитию и использованию возобновляемых источников энергии уделяется большое внимание и оказывается поддержка во всем мире, в частности в США, Китае, России и др. [4,5].
Использование возобновляемых источников энергии (геотермальной энергии, энергии биомассы, гидроэлектроэнергии, энергии ветра и солнечной энергии) является важнейшим способом решения дилеммы ископаемых источников энергии. Тем не менее, их зависимость от окружающей среды приводит к прерывистости, нестабильности мощности и непредсказуемости, поэтому необходимы вторичные источники энергии и устройства для работы с ними [6].
Водородная энергетика является многообещающим претендентом на замену традиционных ископаемых видов топлива, т.к. водород характеризуется высокой чистотой, высокой удельной энергией, по сравнению с природным газом 50 МДж/кг, пропаном 46 МДж/кг, бензином 46 МДЖ/кг и дизельным топливом 45,00 МДж/кг, считается идеальным вторичным энергоносителем и поэтому он будет занимать важное место в качестве эффективного источника чистой энергии [7]. Кроме того, при сжигании водорода образуется только вода, что, безусловно, не наносит вреда окружающей среде [8, 9]. Среди различных областей применения водорода технология хранения и транспортировки играет важную роль из-за проблем, связанных с низкой плотностью водорода [10-12]. Для использования водорода необходим эффективный, безопасный, технически и экономически целесообразный способ его хранения, который бы обратимо поглощал и выделял водород с достаточно высокой скоростью и в то же время обладал достаточно высокой водородной емкостью.
Способы хранения водорода можно разделить на три большие категории, а именно: в газообразном состоянии под высоким давлением, в криогенном жидком состоянии и в твердотельных накопителях [13, 14]. По сравнению с газообразным и жидким способами
хранения водорода, использование твердотельных накопителей является эффективным методом хранения водорода [13]. Следовательно, разработка и поиск материалов, обладающих высокой объемной плотностью энергии, являются основополагающими для успешного применения водородной энергетики.
В целом, хранение водорода в твердотельных материалах можно разделить на две большие категории, а именно: физическая адсорбция и химическая абсорбция [ 15]. В материалах с большой площадью поверхности и пористых материалах молекулы водорода могут адсорбироваться на поверхности и в порах посредством физической адсорбции за счет ван-дер- ваальсовых взаимодействий [16, 17]. С точки зрения применения наиболее выгодными среди различных материалов являются материалы для хранения водорода на основе металлических сплавов [18]. В гидридах металлов атомы водорода химически связаны с металлическими элементами, такими как интерметаллические гидриды, комплексные гидриды и элементарные гидриды [19, 20]. Около 36 металлических элементов могут взаимодействовать с атомами водорода [21].
Среди этих элементов магний (Mg) можно считать наиболее перспективным материалом для хранения водорода благодаря его всеобщей распространенности (2,35 % массы земной коры), малой плотности, низкой токсичности и высокой гравиметрической и объемной водородной емкости [22]. Этот элемент относится к щелочноземельным металлам второй группы с гексагональной замкнутой кристаллической структурой и является потенциальным кандидатом для хранения водорода в интерметаллических, комплексных и элементарных гидридных соединениях. Однако применение сплавов для хранения водорода на основе магния ограничено рядом проблем, таких как короткий срок службы, медленная скорость процессов сорбции/десорбции водорода и температуры процессов сорбции/десорбции водорода превышают 380 °С. Кроме того, высокая термодинамическая стабильность связи Mg-H приводит к тому, что образование MgH2 имеет высокую энтальпию десорбции более 75 кДж/моль [23, 24].
Соответственно, вопрос о том, как повысить циклическую стабильность, ускорить скорость процесса сорбции/десорбции водорода и снизить температуру образования гидрида магния MgH2, сохранив при этом высокую обратимую емкость для хранения H2 в материалах для хранения водорода на основе Mg, находится в центре внимания ученых. В связи с этим, исследования в основном направлены на снижение этих показателей путем проведения дополнительной активационной обработки, в частности, включающей механохимическое измельчение в шаровой мельнице, а также добавления легирующих элементов, получение многофазных композиты [25], добавление катализаторов [26, 27] и др.
Несмотря на положительное влияние измельчения в шаровой мельнице, кинетика процесса сорбции/десорбции чистого магния Mg без поверхностного оксидного слоя недостаточна из-за ограниченной скорости диссоциации молекул водорода на поверхности магния и низкой скорости диффузии водорода в магнии и его гидриде [28]. Для того чтобы снизить негативные характеристики данного материала осуществляется его модификация путем добавления различных элементов, направленных на снижение энергии связи водорода с магнием. Среди них добавление катализаторов: переходных металлов [29, 30], соединений или оксидов переходных металлов [31, 32], материалов на основе углерода [33] и металлоорганических каркасных структур [34, 35] продемонстрировали уникальные преимущества в улучшении кинетических/термодинамических свойств сплавов на основе Mg.
Добавление переходных металлов (V, Co, Cr, Fe, Mn, Ti, Nb, Zr, Ni и др.) считается одним из наиболее успешных методов улучшения кинетических свойств гидрида магния при взаимодействии с водородом. Согласно последним исследованиям, переходные металлы, легированные в MgH2, позволяют снижать такие энергии как: диссоциации гидрида магния, процесса сорбции водорода с 100 ± 5 кДж/моль до 66 ± 3 кДж/моль [126], процесса десорбции водорода с 181±9кДж/моль до 153±5 кДж/моль [126] и снижение энтальпии гидрирования/дегидрирования. Причем каталитический эффект наблюдается только в случае, если частицы переходных металлов распределяются на поверхности частиц магния/гидрида магния [71, 72].
Среди всех переходных металлов хром считается перспективным для гидрида магния, т.к. он позволяет улучшать свойства по накоплению водорода. Важным фактором является размер добавляемых частиц хрома. Их размер должен быть гораздо меньше размера частиц гидрида магния. При этом важно сохранить структуру наноразмерного хрома, особенно при его обработке в атмосфере воздуха. Одним из способов доставки хрома на поверхность частиц гидрида магния является совместная механическая обработка в планетарной мельнице металлоорганической каркасной структуры (МОКС) на основе хрома и гидрида магния. МОКС имеют настраиваемую морфологию и легко функционализируются атомами металлов, что позволяет эффективно использовать их непосредственно в качестве катализаторов или носителей для катализаторов [36]. С одной стороны, МОКС обеспечивают возможность создания материалов с уникальными функциями и структурами. С другой стороны, огромная удельная поверхность, очень высокая пористость, регулируемый размер пор, настраиваемость структуры и состава не только способствуют диффузии водорода и переносу атомов водорода в процессах сорбции/десорбции, но и могут быть использованы в качестве каркаса для формирования композитов на основе MgH2 [37, 38].
Добавление хрома в композиты на основе магния и/или гидрида магния, оказывает значительный каталитический эффект для реакций сорбции/десорбции водорода. Добавление хрома может снижать как температуру сорбции, так и температуру десорбции композитов, что в свою очередь уменьшает энергию активации процессов сорбции и десорбции. Частицы хрома в результате механохимического синтеза могут распределяться на поверхности более крупных частиц Mg/MgH2, обеспечивая каталитический эффект. Тем не менее, многие авторы подчеркивают, что влияние параметров измельчения и особенности эволюции дефектной структуры композитов при протекании процессов сорбции и десорбции водорода до конца не исследовано, и сходятся во мнении, что изменение таких параметров, как скорость вращения барабанов и время измельчения, может значительно повлиять на получаемые результаты. Исследование накопления водорода в указанных композитах представляет не только самостоятельный научный интерес в области физики конденсированного состояния, но также имеет важное практическое значение.
Таким образом, для разработки новых материалов-накопителей на основе магния и хрома необходимо проводить комплексные фундаментальные и прикладные исследования, направленные на изучение водородных свойств, микроструктурных изменений в процессе высокотемпературной сорбции/десорбции водорода и использование прикладных первопринципных расчётов для моделирования протекания процессов сорбции/десорбции.
В связи с этим, целью настоящей работы являлось установление закономерности влияния параметров синтеза и условий гидрирования/дегидрирования на структуру и свойства материала-накопителя водорода на основе магний/гидрид магния и оксида хрома.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выбор оптимальных параметров механохимической обработки в планетарной мельнице гидрида магния и металл-органической каркасной структуры MIL-101(Cr) для получения композита со структурой типа «ядро-оболочка» на основе гидрида магния и оксида хрома.
2. Изучение морфологии поверхности, элементного состава, особенностей фазовых переходов и эволюции дефектной структуры синтезированного композита в процессах сорбции и десорбции водорода.
3. Экспериментальное определение характеристик взаимодействия водорода с композитом на основе гидрида магния и оксида хрома.
4. Теоретические расчеты из первых принципов структурной устойчивость систем MgH2, MgH2-O, MgH2-Cr, MgH2-CrO с целью выявления особенностей взаимодействия водорода с хромом на поверхности гидрида магния.
5. Установление механизмов влияния оксида хрома на водородсорбционные и десорбционные свойства магния и гидрида магния.
Научная новизна работы.
1. Показано, что совместная механохимическая обработка в планетарной мельнице гидрида магния и металл-органической каркасной структуры MIL-101(Cr) приводит к формированию композита со структурой типа «ядро-оболочка», в котором оксид хрома равномерно распределен по поверхности частиц гидрида магния.
2. Впервые показано, что для композита на основе гидрида магния и оксида хрома наблюдается десорбция водорода при температурах, ниже температуры диссоциации гидрида магния на 140 °С.
3. Добавление оксида хрома к гидриду магния приводит к снижению энтальпии процессов гидрирования/дегидрирования и к уменьшению энергии активации реакции процессов сорбции и десорбции водорода.
4. Впервые произведена оценка фазовых переходов и эволюции дефектной структуры композитной системы на основе гидрида магния и оксида хрома при помощи методов in situ в процессе термостимулированной десорбции.
Положения, выносимые на защиту.
1. Совместная механохимическая обработка в планетарной мельнице при соотношении шаров к порошку 20:1, продолжительности 60 минут и при скорости вращения барабанов 900 об/мин гидрида магния и металл-органической каркасной структуры MIL-101 (Cr) приводит к формированию композита со структурой типа «ядро-оболочка», в которой оксид хрома равномерно распределен по поверхности частиц гидрида магния со средним размером 10 ± 1 мкм.
2. Для синтезированного композита на основе гидрида магния и оксида хрома со структурой типа «ядро-оболочка» экспериментально наблюдаемое снижение энергии активации диссоциации гидрида магния на 36 ± 2% и энергии активации процессов сорбции и десорбции водорода на 40 ± 2% обусловлено увеличением удельной площади поверхности и значительным ослаблением связи водорода с магнием в присутствии на поверхности атомов хрома и кислорода.
3. Присутствие частиц оксида хрома на поверхности частиц гидрида магния приводит к улучшению циклической стабильности композита за счет ингибирования агломерации частиц гидрида магния и снижению энтальпии гидрирования/дегидрирования на 17 ± 1% за счет формирования развитой дефектной структуры в процессе механохимического синтеза композита.
Практическая значимость работы
Практическая значимость подтверждается выполнением следующих научноисследовательских работ:
1. Научный проект «Выделение, очистка, компримирование и хранение водорода» в рамках дополнительного соглашения между ТПУ и Министерством науки и высшего образования Российской Федерации № 075-15-2023-375 от 3 апреля 2023 года, Приоритет-2030- НИП/ЭБ-041-375-2023.
2. Грант РНФ "Разработка научно-технических основ проектирования металлогидридных систем хранения водорода с применением методов цифрового моделирования и 3D прототипирования" в рамках соглашения между ТПУ и Российским Научным Фондом № 22-29-01280 от 18 января 2022 и 2023 года, 0.0009.РНФ.2022.
3. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2023-0005 по теме: «Разработка и применение радиоизотопных источников для анализа функциональноградиентных материалов водородной и ядерной энергетики».
4. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2021-0017 по теме: «Лаборатория перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем».
5. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2020-0017 по теме: «Позитронная спектроскопия изменений дефектной структуры в процессе воздействия водорода на новые функциональные материалы».
6. Научный проект № ВИУ-ОЭФ-177/2020, финансируемый из средств субсидии Программы повышения конкурентноспособности Томского политехнического университета в 2020 году, "Формирование и исследование новых функциональных композитов на основе металл-органических каркасов (МОКС), углеродных наноматериалов и гидридообразующих металлов для разработки эффективных материалов-накопителей водорода".
7. Научный проект № ВИУ-ОЭФ-66/2019, финансируемый из средств субсидии Программы повышения конкурентноспособности Томского политехнического университета в 2019 году, "Разработка научно-технических основ контроля структурно-фазовых изменений и деградации эксплуатационных свойств материалов ядерной и водородной энергетики".
Методология и методы исследования. Использовалась методология, заключающаяся в применении большого количества взаимодополняющих экспериментальных методов исследования и статистическая обработка результатов. В качестве объекта экспериментального исследования выступает композитная система на основе MgH2 и оксида хрома СГ2О3. Механохимический синтез композита проводился в шаровой планетарной мельнице.
В работе использовались следующие методы исследования структуры и свойств: сканирующая электронная и просвечивающая микроскопия, энергодисперсионный анализ, рентгеноструктурный анализ, методы допплеровского уширения аннигиляционной линии и спектроскопии времени жизни позитронов.
Наводораживание порошка магния, исследование водородсорбционных и десорбционных свойств, получение спектров термостимулированной десорбции водорода, получение PCT- диаграмм для гидрида магния и композитов осуществлялось на автоматизированном комплексе типа Сиверста с квадрупольным масс-спектрометром. Определение содержания водорода осуществлялось методом плавления в автономной электродной печи в среде инертного газа. Рентгеноструктурный анализ образцов проводился путем анализа дифрактограмм, полученных на дифрактометре с высокоскоростным широкоугольным детектором. Теоретические расчеты из первых принципов проводились в рамках теории функционала плотности с использованием метода проекционно-дополненной волны, реализованного в коде ABINIT.
Достоверность результатов, полученных в работе, подтверждается применением современных методов исследований с достаточной воспроизводимостью измерений, а также обработкой экспериментальных данных на современном оборудовании. Статистическая обработка полученных результатов проводилась с необходимым количеством повторных измерений с сопоставлением данных с результатами, полученными другими исследователями. Исследования проводились с использованием верифицированных методик с применением откалиброванных установок и средств измерений. Полученные результаты не противоречат имеющимся в научной литературе данным и сформированном представлении о материалах - накопителях водорода на основе гидрида магния и металлорганических каркасных структур. Опубликованные работы в рейтинговых изданиях по теме исследования также свидетельствуют о достаточной апробации, подтверждающей достоверность полученных результатов.
Личный вклад автора. Постановка целей и задач исследования. Сбор и анализ современного состояния науки по исследованиям материалов накопителей водорода на основе гидрида магния для хранения водорода и улучшению их свойств. Получение гидрида магния и механохимический синтез композита на его основе с добавлением металлорганических каркасных структур. Проведение экспериментов по изучению сорбционно-десорбционных свойств гидрида магния и композита на основе гидрида магния и металлорганических каркасных структур. Участие в проведении позитронно-аннигиляционных экспериментов на управляемом газовом реакторе. Участие в теоретических расчетах из первых принципов структурной устойчивости системы MgH2, MgH2-O, MgH2-Cr, MgH2-CrO
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были представлены на следующих конференциях: Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск, Россия, 2021, 2022 2023; XIV Международная научно-практическая конференция «Современные
проблемы машиностроения», Томск, Россия, 2021; Международная Школа молодых ученых и специалистов им. А.А. Курдюмова «Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами» (IHISM), 2022, 2023; Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», Томск, Россия, 2022; VII Всероссийская научная конференция «Теплофизика и физическая гидродинамика», Томск, Россия, 2022.
Публикации. Материалы, полученные в ходе подготовки данной диссертационной работы, были изложены и опубликованы в 12 научных статьях, в том числе в 1 статье в издании,
11 рекомендованном ВАК, и в 11 статьях в изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) и «Скопус» (Scopus).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и литературы. Общий объем диссертации составляет 113 страниц, включая 58 рисунков, 10 таблиц, 160 библиографических источников.
Все большее истощение запасов ископаемых энергоносителей и увеличение ежегодных глобальных выбросов углерода с 6,1 до 9,8 миллиарда тонн к 2025 году являются важными факторами, влияющими на устойчивое развитие человеческого общества [1-3]. Фундаментальным решением этой проблемы является снижение зависимости от традиционных ископаемых источников энергии и разработка новых альтернативных источников энергии, поэтому развитию и использованию возобновляемых источников энергии уделяется большое внимание и оказывается поддержка во всем мире, в частности в США, Китае, России и др. [4,5].
Использование возобновляемых источников энергии (геотермальной энергии, энергии биомассы, гидроэлектроэнергии, энергии ветра и солнечной энергии) является важнейшим способом решения дилеммы ископаемых источников энергии. Тем не менее, их зависимость от окружающей среды приводит к прерывистости, нестабильности мощности и непредсказуемости, поэтому необходимы вторичные источники энергии и устройства для работы с ними [6].
Водородная энергетика является многообещающим претендентом на замену традиционных ископаемых видов топлива, т.к. водород характеризуется высокой чистотой, высокой удельной энергией, по сравнению с природным газом 50 МДж/кг, пропаном 46 МДж/кг, бензином 46 МДЖ/кг и дизельным топливом 45,00 МДж/кг, считается идеальным вторичным энергоносителем и поэтому он будет занимать важное место в качестве эффективного источника чистой энергии [7]. Кроме того, при сжигании водорода образуется только вода, что, безусловно, не наносит вреда окружающей среде [8, 9]. Среди различных областей применения водорода технология хранения и транспортировки играет важную роль из-за проблем, связанных с низкой плотностью водорода [10-12]. Для использования водорода необходим эффективный, безопасный, технически и экономически целесообразный способ его хранения, который бы обратимо поглощал и выделял водород с достаточно высокой скоростью и в то же время обладал достаточно высокой водородной емкостью.
Способы хранения водорода можно разделить на три большие категории, а именно: в газообразном состоянии под высоким давлением, в криогенном жидком состоянии и в твердотельных накопителях [13, 14]. По сравнению с газообразным и жидким способами
хранения водорода, использование твердотельных накопителей является эффективным методом хранения водорода [13]. Следовательно, разработка и поиск материалов, обладающих высокой объемной плотностью энергии, являются основополагающими для успешного применения водородной энергетики.
В целом, хранение водорода в твердотельных материалах можно разделить на две большие категории, а именно: физическая адсорбция и химическая абсорбция [ 15]. В материалах с большой площадью поверхности и пористых материалах молекулы водорода могут адсорбироваться на поверхности и в порах посредством физической адсорбции за счет ван-дер- ваальсовых взаимодействий [16, 17]. С точки зрения применения наиболее выгодными среди различных материалов являются материалы для хранения водорода на основе металлических сплавов [18]. В гидридах металлов атомы водорода химически связаны с металлическими элементами, такими как интерметаллические гидриды, комплексные гидриды и элементарные гидриды [19, 20]. Около 36 металлических элементов могут взаимодействовать с атомами водорода [21].
Среди этих элементов магний (Mg) можно считать наиболее перспективным материалом для хранения водорода благодаря его всеобщей распространенности (2,35 % массы земной коры), малой плотности, низкой токсичности и высокой гравиметрической и объемной водородной емкости [22]. Этот элемент относится к щелочноземельным металлам второй группы с гексагональной замкнутой кристаллической структурой и является потенциальным кандидатом для хранения водорода в интерметаллических, комплексных и элементарных гидридных соединениях. Однако применение сплавов для хранения водорода на основе магния ограничено рядом проблем, таких как короткий срок службы, медленная скорость процессов сорбции/десорбции водорода и температуры процессов сорбции/десорбции водорода превышают 380 °С. Кроме того, высокая термодинамическая стабильность связи Mg-H приводит к тому, что образование MgH2 имеет высокую энтальпию десорбции более 75 кДж/моль [23, 24].
Соответственно, вопрос о том, как повысить циклическую стабильность, ускорить скорость процесса сорбции/десорбции водорода и снизить температуру образования гидрида магния MgH2, сохранив при этом высокую обратимую емкость для хранения H2 в материалах для хранения водорода на основе Mg, находится в центре внимания ученых. В связи с этим, исследования в основном направлены на снижение этих показателей путем проведения дополнительной активационной обработки, в частности, включающей механохимическое измельчение в шаровой мельнице, а также добавления легирующих элементов, получение многофазных композиты [25], добавление катализаторов [26, 27] и др.
Несмотря на положительное влияние измельчения в шаровой мельнице, кинетика процесса сорбции/десорбции чистого магния Mg без поверхностного оксидного слоя недостаточна из-за ограниченной скорости диссоциации молекул водорода на поверхности магния и низкой скорости диффузии водорода в магнии и его гидриде [28]. Для того чтобы снизить негативные характеристики данного материала осуществляется его модификация путем добавления различных элементов, направленных на снижение энергии связи водорода с магнием. Среди них добавление катализаторов: переходных металлов [29, 30], соединений или оксидов переходных металлов [31, 32], материалов на основе углерода [33] и металлоорганических каркасных структур [34, 35] продемонстрировали уникальные преимущества в улучшении кинетических/термодинамических свойств сплавов на основе Mg.
Добавление переходных металлов (V, Co, Cr, Fe, Mn, Ti, Nb, Zr, Ni и др.) считается одним из наиболее успешных методов улучшения кинетических свойств гидрида магния при взаимодействии с водородом. Согласно последним исследованиям, переходные металлы, легированные в MgH2, позволяют снижать такие энергии как: диссоциации гидрида магния, процесса сорбции водорода с 100 ± 5 кДж/моль до 66 ± 3 кДж/моль [126], процесса десорбции водорода с 181±9кДж/моль до 153±5 кДж/моль [126] и снижение энтальпии гидрирования/дегидрирования. Причем каталитический эффект наблюдается только в случае, если частицы переходных металлов распределяются на поверхности частиц магния/гидрида магния [71, 72].
Среди всех переходных металлов хром считается перспективным для гидрида магния, т.к. он позволяет улучшать свойства по накоплению водорода. Важным фактором является размер добавляемых частиц хрома. Их размер должен быть гораздо меньше размера частиц гидрида магния. При этом важно сохранить структуру наноразмерного хрома, особенно при его обработке в атмосфере воздуха. Одним из способов доставки хрома на поверхность частиц гидрида магния является совместная механическая обработка в планетарной мельнице металлоорганической каркасной структуры (МОКС) на основе хрома и гидрида магния. МОКС имеют настраиваемую морфологию и легко функционализируются атомами металлов, что позволяет эффективно использовать их непосредственно в качестве катализаторов или носителей для катализаторов [36]. С одной стороны, МОКС обеспечивают возможность создания материалов с уникальными функциями и структурами. С другой стороны, огромная удельная поверхность, очень высокая пористость, регулируемый размер пор, настраиваемость структуры и состава не только способствуют диффузии водорода и переносу атомов водорода в процессах сорбции/десорбции, но и могут быть использованы в качестве каркаса для формирования композитов на основе MgH2 [37, 38].
Добавление хрома в композиты на основе магния и/или гидрида магния, оказывает значительный каталитический эффект для реакций сорбции/десорбции водорода. Добавление хрома может снижать как температуру сорбции, так и температуру десорбции композитов, что в свою очередь уменьшает энергию активации процессов сорбции и десорбции. Частицы хрома в результате механохимического синтеза могут распределяться на поверхности более крупных частиц Mg/MgH2, обеспечивая каталитический эффект. Тем не менее, многие авторы подчеркивают, что влияние параметров измельчения и особенности эволюции дефектной структуры композитов при протекании процессов сорбции и десорбции водорода до конца не исследовано, и сходятся во мнении, что изменение таких параметров, как скорость вращения барабанов и время измельчения, может значительно повлиять на получаемые результаты. Исследование накопления водорода в указанных композитах представляет не только самостоятельный научный интерес в области физики конденсированного состояния, но также имеет важное практическое значение.
Таким образом, для разработки новых материалов-накопителей на основе магния и хрома необходимо проводить комплексные фундаментальные и прикладные исследования, направленные на изучение водородных свойств, микроструктурных изменений в процессе высокотемпературной сорбции/десорбции водорода и использование прикладных первопринципных расчётов для моделирования протекания процессов сорбции/десорбции.
В связи с этим, целью настоящей работы являлось установление закономерности влияния параметров синтеза и условий гидрирования/дегидрирования на структуру и свойства материала-накопителя водорода на основе магний/гидрид магния и оксида хрома.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Выбор оптимальных параметров механохимической обработки в планетарной мельнице гидрида магния и металл-органической каркасной структуры MIL-101(Cr) для получения композита со структурой типа «ядро-оболочка» на основе гидрида магния и оксида хрома.
2. Изучение морфологии поверхности, элементного состава, особенностей фазовых переходов и эволюции дефектной структуры синтезированного композита в процессах сорбции и десорбции водорода.
3. Экспериментальное определение характеристик взаимодействия водорода с композитом на основе гидрида магния и оксида хрома.
4. Теоретические расчеты из первых принципов структурной устойчивость систем MgH2, MgH2-O, MgH2-Cr, MgH2-CrO с целью выявления особенностей взаимодействия водорода с хромом на поверхности гидрида магния.
5. Установление механизмов влияния оксида хрома на водородсорбционные и десорбционные свойства магния и гидрида магния.
Научная новизна работы.
1. Показано, что совместная механохимическая обработка в планетарной мельнице гидрида магния и металл-органической каркасной структуры MIL-101(Cr) приводит к формированию композита со структурой типа «ядро-оболочка», в котором оксид хрома равномерно распределен по поверхности частиц гидрида магния.
2. Впервые показано, что для композита на основе гидрида магния и оксида хрома наблюдается десорбция водорода при температурах, ниже температуры диссоциации гидрида магния на 140 °С.
3. Добавление оксида хрома к гидриду магния приводит к снижению энтальпии процессов гидрирования/дегидрирования и к уменьшению энергии активации реакции процессов сорбции и десорбции водорода.
4. Впервые произведена оценка фазовых переходов и эволюции дефектной структуры композитной системы на основе гидрида магния и оксида хрома при помощи методов in situ в процессе термостимулированной десорбции.
Положения, выносимые на защиту.
1. Совместная механохимическая обработка в планетарной мельнице при соотношении шаров к порошку 20:1, продолжительности 60 минут и при скорости вращения барабанов 900 об/мин гидрида магния и металл-органической каркасной структуры MIL-101 (Cr) приводит к формированию композита со структурой типа «ядро-оболочка», в которой оксид хрома равномерно распределен по поверхности частиц гидрида магния со средним размером 10 ± 1 мкм.
2. Для синтезированного композита на основе гидрида магния и оксида хрома со структурой типа «ядро-оболочка» экспериментально наблюдаемое снижение энергии активации диссоциации гидрида магния на 36 ± 2% и энергии активации процессов сорбции и десорбции водорода на 40 ± 2% обусловлено увеличением удельной площади поверхности и значительным ослаблением связи водорода с магнием в присутствии на поверхности атомов хрома и кислорода.
3. Присутствие частиц оксида хрома на поверхности частиц гидрида магния приводит к улучшению циклической стабильности композита за счет ингибирования агломерации частиц гидрида магния и снижению энтальпии гидрирования/дегидрирования на 17 ± 1% за счет формирования развитой дефектной структуры в процессе механохимического синтеза композита.
Практическая значимость работы
Практическая значимость подтверждается выполнением следующих научноисследовательских работ:
1. Научный проект «Выделение, очистка, компримирование и хранение водорода» в рамках дополнительного соглашения между ТПУ и Министерством науки и высшего образования Российской Федерации № 075-15-2023-375 от 3 апреля 2023 года, Приоритет-2030- НИП/ЭБ-041-375-2023.
2. Грант РНФ "Разработка научно-технических основ проектирования металлогидридных систем хранения водорода с применением методов цифрового моделирования и 3D прототипирования" в рамках соглашения между ТПУ и Российским Научным Фондом № 22-29-01280 от 18 января 2022 и 2023 года, 0.0009.РНФ.2022.
3. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2023-0005 по теме: «Разработка и применение радиоизотопных источников для анализа функциональноградиентных материалов водородной и ядерной энергетики».
4. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2021-0017 по теме: «Лаборатория перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем».
5. Государственное задание «Наука», проект №FSWW-2020-0017 по теме: «Позитронная спектроскопия изменений дефектной структуры в процессе воздействия водорода на новые функциональные материалы».
6. Научный проект № ВИУ-ОЭФ-177/2020, финансируемый из средств субсидии Программы повышения конкурентноспособности Томского политехнического университета в 2020 году, "Формирование и исследование новых функциональных композитов на основе металл-органических каркасов (МОКС), углеродных наноматериалов и гидридообразующих металлов для разработки эффективных материалов-накопителей водорода".
7. Научный проект № ВИУ-ОЭФ-66/2019, финансируемый из средств субсидии Программы повышения конкурентноспособности Томского политехнического университета в 2019 году, "Разработка научно-технических основ контроля структурно-фазовых изменений и деградации эксплуатационных свойств материалов ядерной и водородной энергетики".
Методология и методы исследования. Использовалась методология, заключающаяся в применении большого количества взаимодополняющих экспериментальных методов исследования и статистическая обработка результатов. В качестве объекта экспериментального исследования выступает композитная система на основе MgH2 и оксида хрома СГ2О3. Механохимический синтез композита проводился в шаровой планетарной мельнице.
В работе использовались следующие методы исследования структуры и свойств: сканирующая электронная и просвечивающая микроскопия, энергодисперсионный анализ, рентгеноструктурный анализ, методы допплеровского уширения аннигиляционной линии и спектроскопии времени жизни позитронов.
Наводораживание порошка магния, исследование водородсорбционных и десорбционных свойств, получение спектров термостимулированной десорбции водорода, получение PCT- диаграмм для гидрида магния и композитов осуществлялось на автоматизированном комплексе типа Сиверста с квадрупольным масс-спектрометром. Определение содержания водорода осуществлялось методом плавления в автономной электродной печи в среде инертного газа. Рентгеноструктурный анализ образцов проводился путем анализа дифрактограмм, полученных на дифрактометре с высокоскоростным широкоугольным детектором. Теоретические расчеты из первых принципов проводились в рамках теории функционала плотности с использованием метода проекционно-дополненной волны, реализованного в коде ABINIT.
Достоверность результатов, полученных в работе, подтверждается применением современных методов исследований с достаточной воспроизводимостью измерений, а также обработкой экспериментальных данных на современном оборудовании. Статистическая обработка полученных результатов проводилась с необходимым количеством повторных измерений с сопоставлением данных с результатами, полученными другими исследователями. Исследования проводились с использованием верифицированных методик с применением откалиброванных установок и средств измерений. Полученные результаты не противоречат имеющимся в научной литературе данным и сформированном представлении о материалах - накопителях водорода на основе гидрида магния и металлорганических каркасных структур. Опубликованные работы в рейтинговых изданиях по теме исследования также свидетельствуют о достаточной апробации, подтверждающей достоверность полученных результатов.
Личный вклад автора. Постановка целей и задач исследования. Сбор и анализ современного состояния науки по исследованиям материалов накопителей водорода на основе гидрида магния для хранения водорода и улучшению их свойств. Получение гидрида магния и механохимический синтез композита на его основе с добавлением металлорганических каркасных структур. Проведение экспериментов по изучению сорбционно-десорбционных свойств гидрида магния и композита на основе гидрида магния и металлорганических каркасных структур. Участие в проведении позитронно-аннигиляционных экспериментов на управляемом газовом реакторе. Участие в теоретических расчетах из первых принципов структурной устойчивости системы MgH2, MgH2-O, MgH2-Cr, MgH2-CrO
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были представлены на следующих конференциях: Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск, Россия, 2021, 2022 2023; XIV Международная научно-практическая конференция «Современные
проблемы машиностроения», Томск, Россия, 2021; Международная Школа молодых ученых и специалистов им. А.А. Курдюмова «Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами» (IHISM), 2022, 2023; Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», Томск, Россия, 2022; VII Всероссийская научная конференция «Теплофизика и физическая гидродинамика», Томск, Россия, 2022.
Публикации. Материалы, полученные в ходе подготовки данной диссертационной работы, были изложены и опубликованы в 12 научных статьях, в том числе в 1 статье в издании,
11 рекомендованном ВАК, и в 11 статьях в изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) и «Скопус» (Scopus).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и литературы. Общий объем диссертации составляет 113 страниц, включая 58 рисунков, 10 таблиц, 160 библиографических источников.
✅ Заключение
Диссертационная работа посвящена разработке и определению свойств нового материала накопителя водорода на основе гидрида магния и оксида хрома. Разработана методика получения гидрида магния со степенью конверсии 97 %, которая заключается в первичной механической активации в планетарной мельнице и последующим гидрированием при давлении 30 бар. Для механохимического синтеза композита MgHr-CnOs в планетарной шаровой мельнице были подобраны параметры: массовое соотношение шаров к порошку 20:1, продолжительность 60 минут, скорость вращения 900 об./мин. Микроструктура полученных композитов Vlgl Р СпО; анализировалась методами рентгеновской дифракции и электронной микроскопии. Показано, что структура композита представляет собой «ядро-оболочку», в котором наноразмерные частицы оксида хрома равномерно распределяются на поверхности более крупных частиц гидрида магния, тем самым увеличивая удельную площадь поверхности. Особенности сформированной структуры обеспечивают повышение сорбционных и десорбционных характеристик композита. Установлено, что температура выхода водорода из композита MgH2- СГ2О3 составляет 305 °С, что на 142 °С меньше, чем у гидрида магния (447 °С). При этом, энергия активации диссоциации для композита Mgl Р СпО; составляет 120 ± 2 кДж/моль, что на 36 % меньше, чем у гидрида магния. Было выявлено, что для композита Vlgl Р СпО; наблюдается низкотемпературный максимум выделения водорода, который находится в области, в которой разложения гидридов магния еще не происходит.
Композит МдН2-Сг20з имеет более низкую температуру наводораживания и способен сорбировать водород уже при 255 °С. При этом по сравнению с порошком чистого магния количество поглощенного водорода в среднем ниже на 9,5%. На основе модели Джонсона-Меля- Аврами-Колмогорова рассчитаны энергии сорбции 54 ± 2 кДж/моль и десорбции 98 ± 3 кДж/моль для композита МдНз-Сгз0з, что меньше чем у чистого MgH2 96 ± 3 кДж/моль и 140 ± 8 кДж/моль соответственно. Определены энтальпия сорбции и десорбции композита Vlgl Р СпО;, которые составляют 60 ± 2 кДж/моль и 6З ± 3 кДж/моль соответственно. Достигнутые показатели ниже на 15% значений энтальпий сорбции и десорбции, характерных для гидрирования и дегидрирования порошка чистого магния, 73 ± 2 кДж/моль и 75 ± 3 кДж/моль соответственно.
In situ позитронная спектроскопия композита Vlgl Р СпО; при водородном и термическом воздействии, также подтверждает наличие каталитического эффекта при добавлении оксида хрома. Комплексный анализ временных корреляций параметров доплеровского уширения аннигиляционной линии, давления и температуры в процессах термического и водородного воздействия на композит МдНз-Сгз0з и его составляющие позволяет получить наиболее полные данные о сорбционных и десорбционных свойствах и внутренней структуре. Показано, что частицы оксида хрома не только располагаются на поверхности частиц порошка магния при синтезе, но и внедряются в нее, повышая сорбционные и десорбционные свойства магния за счет более развитой поверхности, ингибирования агломерации частиц, при этом формируется развитая дефектная структура и происходит измельчение порошка. Металлоорганический каркас MIL-101(Cr) частично сохраняется после механохимического синтеза и остается относительно стабильным при нагреве до 340 °С. Сформированная в результате синтеза дефектная структура способствует быстрой диффузии водорода в объем. При этом, указанные особенности оказывают заметное влияние на поглощение водородом композитами при температурах до 400 °С и практически не сказываются при 450 °С.
Другим фактором, положительно влияющим на сорбционно-десорбционные характеристики MgH2 при добавлении MIL-101(Cr), является влияние атомов водорода на стабильность связи Mg-Cr. Расчёты из первых принципов Ab initio показывают, что атомы хрома в присутствии кислорода равномерно распределены по поверхности гидрида магния, не способны образовывать большие кластеры. Атомы хрома и кислорода, адсорбированные на поверхности гидрида магния, притягивают ближайшие атомы водорода и ослабляют связи Mg- H, что способствует выделению водорода при более низких температурах по сравнению с чистым MgH2.
В диссертационной работе был проведён комплексный анализ MgH2 и композитов MgH2- СГ2О3 который включает в себя методы исследования микроструктуры и морфологии, структурно-фазового анализа, сорбционных и десорбционных свойств, эволюции дефектной структуры и фазовых превращений in situ в процессах сорбции и десорбции водорода, расчёты из первых принципов. Полученные данные характеризуют структуру перспективных композитов для хранения и транспортировки водорода на основе магния и оксида хрома, что позволяет выработать рекомендации по их применению или модифицированию.
В заключении автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Кудиярову В.Н. Отдельная благодарность за синтез металл-органических каркасных структур и помощь с аттестацией структур и свойств Семенову О. В. и коллективу ИШХБМТ. Спасибо коллективу Отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Национального исследовательского Томского политехнического университета за помощь в организации экспериментов, участие в обсуждении полученных результатов. Отдельную благодарность автор выражает сотрудникам Отделения за поддержку и неоценимую помощь: Лаптеву Р.С., Святкину Л.С., Терентьевой Д.В.
Композит МдН2-Сг20з имеет более низкую температуру наводораживания и способен сорбировать водород уже при 255 °С. При этом по сравнению с порошком чистого магния количество поглощенного водорода в среднем ниже на 9,5%. На основе модели Джонсона-Меля- Аврами-Колмогорова рассчитаны энергии сорбции 54 ± 2 кДж/моль и десорбции 98 ± 3 кДж/моль для композита МдНз-Сгз0з, что меньше чем у чистого MgH2 96 ± 3 кДж/моль и 140 ± 8 кДж/моль соответственно. Определены энтальпия сорбции и десорбции композита Vlgl Р СпО;, которые составляют 60 ± 2 кДж/моль и 6З ± 3 кДж/моль соответственно. Достигнутые показатели ниже на 15% значений энтальпий сорбции и десорбции, характерных для гидрирования и дегидрирования порошка чистого магния, 73 ± 2 кДж/моль и 75 ± 3 кДж/моль соответственно.
In situ позитронная спектроскопия композита Vlgl Р СпО; при водородном и термическом воздействии, также подтверждает наличие каталитического эффекта при добавлении оксида хрома. Комплексный анализ временных корреляций параметров доплеровского уширения аннигиляционной линии, давления и температуры в процессах термического и водородного воздействия на композит МдНз-Сгз0з и его составляющие позволяет получить наиболее полные данные о сорбционных и десорбционных свойствах и внутренней структуре. Показано, что частицы оксида хрома не только располагаются на поверхности частиц порошка магния при синтезе, но и внедряются в нее, повышая сорбционные и десорбционные свойства магния за счет более развитой поверхности, ингибирования агломерации частиц, при этом формируется развитая дефектная структура и происходит измельчение порошка. Металлоорганический каркас MIL-101(Cr) частично сохраняется после механохимического синтеза и остается относительно стабильным при нагреве до 340 °С. Сформированная в результате синтеза дефектная структура способствует быстрой диффузии водорода в объем. При этом, указанные особенности оказывают заметное влияние на поглощение водородом композитами при температурах до 400 °С и практически не сказываются при 450 °С.
Другим фактором, положительно влияющим на сорбционно-десорбционные характеристики MgH2 при добавлении MIL-101(Cr), является влияние атомов водорода на стабильность связи Mg-Cr. Расчёты из первых принципов Ab initio показывают, что атомы хрома в присутствии кислорода равномерно распределены по поверхности гидрида магния, не способны образовывать большие кластеры. Атомы хрома и кислорода, адсорбированные на поверхности гидрида магния, притягивают ближайшие атомы водорода и ослабляют связи Mg- H, что способствует выделению водорода при более низких температурах по сравнению с чистым MgH2.
В диссертационной работе был проведён комплексный анализ MgH2 и композитов MgH2- СГ2О3 который включает в себя методы исследования микроструктуры и морфологии, структурно-фазового анализа, сорбционных и десорбционных свойств, эволюции дефектной структуры и фазовых превращений in situ в процессах сорбции и десорбции водорода, расчёты из первых принципов. Полученные данные характеризуют структуру перспективных композитов для хранения и транспортировки водорода на основе магния и оксида хрома, что позволяет выработать рекомендации по их применению или модифицированию.
В заключении автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Кудиярову В.Н. Отдельная благодарность за синтез металл-органических каркасных структур и помощь с аттестацией структур и свойств Семенову О. В. и коллективу ИШХБМТ. Спасибо коллективу Отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Национального исследовательского Томского политехнического университета за помощь в организации экспериментов, участие в обсуждении полученных результатов. Отдельную благодарность автор выражает сотрудникам Отделения за поддержку и неоценимую помощь: Лаптеву Р.С., Святкину Л.С., Терентьевой Д.В.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.