Metal ile işlevlendirilmiş iki boyutlu çift katmanlı bifenilen karbon ağı üzerinde hidrojen depolama
Hydrogen storage on metal-decorated two-dimensional bilayer biphenylene carbon network
- Tez No: 961928
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH DEMİRCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kırıkkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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
- The design and photophysics of a trinuclear iron triad
Tamamen demirden oluşan bir triadın tasarımı ve fotofiziği
EMİR UTKU ŞEKERCİLEROĞLU
- 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
2022
Hacettepe Üniversitesiİç Mimarlık ve Çevre Tasarımı Ana Sanat Dalı
Yükleniyor...
- Haydar Paşa Medresesi'nin restorasyonu ve yeniden kullanımı için bir öneri
Madrasah of Haydar Paşa a restoration study and recommendation for reuse
AHMAD MASRI
- Kıyı hafızasının dönüşümü:tüketim ve metalaşma çağında haliç kıyıları
The transformation of waterfront memory: the golden horn in the age of consumption and commodification
GİZEM YAREN
- Tarihi tren garı binalarının korunması bağlamında yeniden işlevlendirilmesi: Eğirdir tren garı örneği
The adaptive reuse of historical train station buildings in the context of conservation: Eğirdir train station case study
FATMA KAYA
