Geri Dön

Metal ile işlevlendirilmiş iki boyutlu çift katmanlı bifenilen karbon ağı üzerinde hidrojen depolama

Hydrogen storage on metal-decorated two-dimensional bilayer biphenylene carbon network

PDF İndir

  1. Tez No: 961928
  2. Yazar: ARAFUDDIN FAIZI
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH DEMİRCİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Kırıkkale Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 99

Özet

Küresel enerji talebinin artması ve fosil yakıtların çevresel etkileri, sürdürülebilir enerji kaynaklarına geçişi zorunlu kılmıştır. Bu bağlamda, hidrojen enerjisi; çevre dostu doğası, taşınabilirliği ve evrende bol miktarda bulunan hidrojen atomları sayesinde güçlü bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Ancak hidrojenin yanıcı ve patlayıcı özellikleri, güvenli ve verimli depolama teknolojilerinin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. İki boyutlu karbon bazlı nanomalzemeler, hafif yapıları ve geniş yüzey alanları sayesinde, metal atomlarıyla işlevlendirildiklerinde hidrojen depolama uygulamaları için umut vadeden adaylar olarak değerlendirilmektedir. Tek katmanlı nanomalzemelerin sınırlı pratik uygulamaları göz önüne alındığında, bu çalışma, lityum (Li) ve titanyum (Ti) atomlarıyla işlevlendirilmiş iki boyutlu çift katmanlı bifenilen (BPN) karbon yapıların hidrojen depolama potansiyelini araştırmaktadır. Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi'ne (DFT) dayalı ilk ilke hesaplamaları kullanılarak, Li ve Ti atomlarının düşük ve yüksek yoğunluklu hidrojen depolama performansları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yapılan hesaplamalara göre, yüksek Li yoğunluklu çift katmanlı BPN yapısı, üst ve alt yüzeylerde 4'er olmak üzere toplamda 8\ H_2 molekülünü -0.21\ eV/H_2 ortalama adsorpsiyon enerjisiyle kararlı bir şekilde adsorplayabilmektedir. Hidrojenin tahmini ortalama desorpsiyon sıcaklığı yaklaşık 439.5\ K olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, sistemin hidrojen depolama kapasitesi %8.90\ wt olarak belirlenmiştir. Düşük Ti yoğunluklu çift katmanlı BPN yapısı ise, üstte ve altta 17'şer olmak üzere toplamda 34\ H_2 molekülünü, -0.20\ eV/H_2 ortalama adsorpsiyon enerjisiyle kararlı biçimde yüzeyine bağlayabilmektedir. Hidrojenin tahmini ortalama desorpsiyon sıcaklığı yaklaşık 486.22\ K olup, hidrojen depolama kapasitesi %8.69\ wt olarak hesaplanmıştır. Elde edilen gravimetrik yoğunluk değerleri, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı (DOE-US) tarafından hidrojen depolama sistemleri için belirlenen %6.5\ wt teknik hedefini aşmaktadır. Ayrıca, ortalama adsorpsiyon enerjileri -0.2\ eV/H_2 ile -0.7\ eV/H_2 aralığında yer alarak DOE kriterleriyle uyumluluk göstermektedir. Bu sonuçlar, düşük Ti yoğunluklu ve yüksek Li yoğunluklu çift katmanlı BPN karbon yapılarının, hidrojen depolama uygulamaları için uygun ve potansiyel vadeden iki boyutlu nanomalzemeler olduğunu ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

The increasing global energy demand and the environmental impacts of fossil fuels have made the transition to sustainable energy sources imperative. In this regard, hydrogen energy emerges as a strong alternative due to its environmentally friendly nature, portability, and the abundance of hydrogen atoms in the universe. However, the flammable and explosive nature of hydrogen necessitates the development of safe and efficient storage technologies. Two-dimensional carbon-based nanomaterials, with their lightweight structures and large surface areas, are considered promising candidates for hydrogen storage applications when functionalized with metal atoms. Considering the limited practical applications of monolayer nanomaterials, this study investigates the hydrogen storage potential of two-dimensional bilayer biphenylene (BPN) carbon structures functionalized with lithium (Li) and titanium (Ti) atoms. First-principles calculations based on Density Functional Theory (DFT) were used to thoroughly examine the low and high-density hydrogen storage performances of Li and Ti atoms. According to the calculations, the high Li-density bilayer BPN structure can stably adsorb a total of 8\ H_2 molecules 4 on the upper and 4 on the lower surface with an average adsorption energy of -0.21\ eV/H_2. The estimated average desorption temperature for hydrogen was found to be approximately 439.5\ K. Moreover, the hydrogen storage capacity of the system was calculated as 8.90\ wt\ %. The low Ti-density bilayer BPN structure was found to stably adsorb a total of 34\ H_2 molecules 17 on the top and 17 on the bottom surfaces with an average adsorption energy of -0.20\ eV/H_2. The predicted average desorption temperature for hydrogen was approximately 486.22\ K, and the hydrogen storage capacity of the system was calculated as 8.69\ wt\ %. The obtained gravimetric density values exceed the U.S. Department of Energy (DOE-US) technical target of 6.5\ wt\ % for hydrogen storage systems. Furthermore, the average adsorption energies fall within the desirable range of -0.2\ eV/H_2 to -0.7\ eV/H_2, in alignment with DOE criteria. These results indicate that both the low Ti-density and high Li-density bilayer BPN carbon networks are promising and suitable two-dimensional nanomaterials for hydrogen storage applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    738195

    Yeniden işlevlendirilmiş tarihi yapılarda kapsayıcı tasarım yaklaşımı: Atatürk Orman Çiftliği bira fabrikası hamamı örneği

    Inclusive design approach in re-functionalized historical buildings: Atatürk Forest Farm brewery hammam building as a sample

    SİNEMCAN ÜSTÜNCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    MimarlıkHacettepe Üniversitesi

    İç Mimarlık ve Çevre Tasarımı Ana Sanat Dalı

    PROF. DR. MELTEM YILMAZ

  2. Tez No

    507463

    Haydar Paşa Medresesi'nin restorasyonu ve yeniden kullanımı için bir öneri

    Madrasah of Haydar Paşa a restoration study and recommendation for reuse

    AHMAD MASRI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    MimarlıkFatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MİNE ESMER

  3. Tez No

    547170

    Neoliberalizm ve kültür endüstrisi ekseninde dönüşen bir endüstri mirası: Bomonti Bira Fabrikası

    The omonti Beer Factory: An industrial heritage transforming on the axis of neoliberalism and culture industry

    SELEN AVCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Siyasal Bilimlerİstanbul Üniversitesi

    Siyaset Bilimi ve Kamu Yönetimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. PELİN PINAR GİRİTLİOĞLU

  4. Tez No

    416611

    Semi-empirical modeling and optimization of metal sputtering processes

    Metal ile saçtırma süreçlerinin yarı ampirik modellenmesi ve optimizasyonu

    ÖZGE ÇİMEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERKAN KINCAL

  5. Tez No

    940763

    Metal ile modifiye edilmiş kitosan bilyeleri geliştirilmesi ve katalitik performansının incelenmesi

    Development of metal-modified chitosan beads and investigation of their catalytic performance

    ZÜLAL DEMİRKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Çevre MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİHAL BEKTAŞ

Geri Dön