Exploring gas storage properties of metal organic frameworks by artificial intelligence combined computational methods
Metal organik kafes yapıların gaz depolama özelliklerinin yapay zekâ ile kombine edilmiş hesaplamalı kimya yöntemleri ile araştırılması
- Tez No: 806919
- Danışmanlar: PROF. DR. YUNUS ZORLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Metal Organik Kafes (MOF) yapılar sahip oldukları geniş yüzey alanları ve yoğun gözenekli yapılarının sağladığı birçok üstün özelliklerinden dolayı enerji ile ilgili gazların depolama çözümlerinde araştırmacıların ilgi odağı haline gelerek geniş çapta incelenmektedirler. Bugüne kadar, modüler yapılarının oluşturduğu avantajla çeşitli metal kümeler ve organik ligantlar kullanarak çok sayıda MOF kristal yapısı rapor edilmiştir. Fakat sayıları yüz binleri bulan bu yapıların gaz depolama özelliklerini deneysel çalışmalar ile araştırmak oldukça zahmetlidir. Zaman, maliyet ve birçok açıdan avantajlara sahip hesaplamalı kimya yöntemleri, sadece çok sayıda malzemenin deneysel özelliklerini toplu bir şekilde araştırılmasına olanak tanımakla kalmaz, aynı zamanda deneylerle incelenmesi mümkün olmayan atomik düzeydeki olayları açıklamakta da faydalı olabilmektedir. Yaygın olarak kullanılan kuantum mekanik hesaplamalar ve atomik simülasyonların yanı sıra veri madenciliği ve makine öğrenimi gibi veri odaklı hesaplamalı yöntemler, MOF'ların yapısal ve gaz depolama özelliklerini araştırmak için kullanılan önemli araçlardandır. Bu tezde, öncelikle yayınlanmış makale metinleri üzerinden metin ve veri madenciliği (TDM) tekniği ve üç boyutlu MOF kristal yapıları üzerinden de geometrik hesaplamalar ile literatürdeki MOF'ların yüzey alanlarını (SA) ve gözenek hacimlerini (PV) sistematik olarak araştırdık. Böylece, SA ve PV üzerinden MOF'ların gaz depolama kapasitelerinin geniş bir perspektifte incelenmesi ile, özellikle IRMOF serisinin H2 depolama malzemeleri için önemli bir aday olduğunu gösterdik. Daha sonra, IRMOF serisi için, yapısal esnekliğin gaz depolama özellikleri üzerindeki etkisini atomik seviyede incelemek amacıyla DFT düzeyinde yapay sinir ağıları potansiyelleri (NNP) geliştirdik. Bu şekilde, NNP'lerin atomik simülasyonlarda kullanılmasıyla, bu MOF'ların termal ve mekanik esnekliklerinin H2 ve CH4 adsorpsiyonu üzerindeki etkisini inceleyerek MOF'ların önemli gaz depolama davranışlarının ortaya çıkarılmasını sağladık.
Özet (Çeviri)
Metal-organic frameworks (MOFs) with high surface areas, pore volumes and adjustable lattice structures are attractive for energy related gas storage, and thus have been a great deal of interest in scienctific research. To date, many MOF crystal structures have been reported in literature. Experimental investigation of these materials towards their gas storage properties is cumbersome in terms of time and cost. Computational chemistry tools can be beneficial not only validating experimental results but also explaining atomistic phenomena which otherwise impossible to answer by experiments. Computational methods include but not limited to data driven methods such as text/data mining, quantum mechanical calculations, atomistic simulations and machine learning, which have significant advantages in investigating the structural and gas storage properties of thousands of MOFs with low cost and effort. In this dissertation, we systematically investigate the surface area and pore volumes of MOFs using either text and data mining (TDM) from published manuscripts or structural property calculations. Combination of both TDM and structural calculation strategies provides a more comprehensive perspective for the investigation of hydrogen storage capacities of MOFs, which elucidates plausibility of IRMOF series as candidates for H2 storage materials. For these MOFs, we have also developed neural network potential (NNP) at the DFT level accuracy to examine the effect of structural flexibility on gas storage properties. Our developed NNP enables revealing the unusual behaviors of MOFs such as the thermal expansion properties and the effect of mechanical strain on the adsorption of hydrogen and methane molecules for the selected MOFs.
Benzer Tezler
- Polianilin ve polidopamin kopolimerlerinin sentezi, PbI2 ile doplanması ve spektroskopik incelenmesi
Synthesis of polyaniline and polydopamine copolymers, doping with PbI2 and spectroscopic investigation
MERVE HERCAN MAMMAD
Doktora
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiSakarya ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GÜLFEN
- Optimizing and simulating of hydrogen production from biogas for renewable energy conversion
Yenilenebilir enerji dönüşümü için biyogazdan hidrojen üretiminin optimizasyonu ve simülasyonu
ETKİN AKTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER
- Püskürtmeli kurutma ve termal bozunma prosesleri ile ZnO esaslı partiküllerin ve kompozit yapıların sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Characterization and synthesis of ZnO based particles and composite structures via spray drying and thermal decomposition processes
ŞEYMA DUMAN
Doktora
İngilizce
2016
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
- Atomic layer deposition of III-nitrides and metal oxides; their application in area selective ALD
III-nitratların ve metal oksitlerin atomik katman kaplamısı; bunların alan seçici ALD'deki uygulamaları
ALI HAIDER
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. AYKUTLU DANA
DR. NECMİ BIYIKLI
- TTK Amasra sahası metan gazı içeriğinin incelenmesi ve Türkiye kömür yatağı metanı potansiyeli
Investigation of TTK Amasra zone coal bed methane and coal bed methane potential of Turkey
HAYRETTİN ÖZGÜR ALPTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDURRAHMAN SATMAN