Examine of hydrogen storage performance of mxene nanomaterials with molecular simulation methods
Moleküler simülasyon yöntemleri ile mxene nanomalzemelerin hidrojen depolama performansının incelenmesi
- Tez No: 998206
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SADİYE VELİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Kimya Mühendisliği, Engineering Sciences, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Gaz depolama, Gas storage
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Artan küresel enerji talebi, fosil yakıtların sınırlı rezervleri ve çevresel zararlarıyla birleştiğinde, alternatif enerji kaynaklarına yönelimi zorunlu hale getirmiştir. Bu bağlamda hidrojen, yüksek enerji yoğunluğu ve sürdürülebilirlik potansiyeli sayesinde birçok ülke için yatırım odak noktası haline gelmiştir. Ancak, mevcut yüksek basınçlı ve kriyojenik yöntemlerin maliyetli olması ve güvenlik riskleri taşıması nedeniyle, hidrojen enerjisinin yaygınlaşmasının önündeki temel engel depolama sorunu olmaya devam etmektedir. Bu tez, ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) ağırlıkça %6,5'lik depolama hedefini karşılayabilecek güvenli ve verimli fiziksel depolama alternatifleri geliştirmek için ileri malzeme teknolojilerine odaklanmaktadır. Özellikle, 2011 yılında keşfedilen; geniş yüzey alanları, ayarlanabilir tabakalar arası boşlukları ve van der Waals etkileşimlerine uygun yapılarıyla bilinen iki boyutlu geçiş metali karbürleri ve nitrürleri (MXene ailesi), hidrojen depolama için gelecek vadeden adaylar olarak öne çıkmaktadır. Literatürdeki MXene yapılarının çeşitliliği ve deneysel çalışmaların sınırlı kapsamı göz önüne alındığında, bu tez, moleküler simülasyon tekniklerini kullanarak MXene nanomalzemelerin depolama kapasitelerini sistematik olarak incelemeyi amaçlamaktadır. Tez kapsamında ilk olarak, hidrojen için kullanılan potansiyel enerji modellerinin ve esneklik parametrelerinin simülasyon sonuçları üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Ardından, malzemenin kimyasal yapısını değiştiren geçiş metali türünün, metal atomlarına bağlı karbon/azot atomlarının ve yüzey fonksiyonel gruplarının etkileri detaylandırılmıştır. Ayrıca, metal tabaka sayısı, yüzey gözenekliliği ve tabakalar arası boşluk gibi fiziksel parametrelerin adsorpsiyon performansı üzerindeki etkisi simüle edilmiştir. Çeşitli sıcaklık ve basınç koşulları altında gerçekleştirilen bu analizler, geniş MXene ailesi içindeki en yüksek performanslı adayları belirleyerek, gelecekteki deneysel araştırmalar için maliyet ve zaman açısından verimli bir yol haritası sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing global energy demand, coupled with the limited reserves and environmental detriments of fossil fuels, has necessitated a shift towards alternative energy sources. In this regard, hydrogen has emerged as a focal point of investment for many nations due to its high energy density and potential for sustainability. However, the primary obstacle to the widespread adoption of hydrogen energy remains the storage challenge, as current high-pressure and cryogenic methods are costly and pose safety risks. This thesis focuses on advanced material technologies to develop safe and efficient physical storage alternatives capable of meeting the U.S. Department of Energy's (DOE) storage target of 6.5 wt.%. In particular, two-dimensional transition metal carbides and nitrides (the MXene family), discovered in 2011 and known for their large surface areas, tunable interlayer spacings, and structures suitable for van der Waals interactions, stand out as promising candidates for hydrogen storage. Considering the diversity of MXene structures and the limited scope of experimental studies in the existing literature, this thesis aims to systematically investigate the storage capacities of MXene nanomaterials using molecular simulation techniques. Within the scope of the thesis, the effects of potential energy models and flexibility parameters used for hydrogen on simulation results were first analyzed. Subsequently, the effects of the transition metal type, the carbon/nitrogen atoms bonded to metal atoms, and surface functional groups, which alter the chemical structure of the material, were detailed. Furthermore, the impact of physical parameters such as the number of metal layers, surface porosity, and interlayer spacing on adsorption performance was simulated. These analyses, conducted under various temperature and pressure conditions, determine the highest-performing candidates within the vast MXene family, thereby offering a cost- and time-effective roadmap for future experimental research.
Benzer Tezler
- Performance improvement of composite materials used as hydrogen storage tanks by microstructural modifications
Hidrojen depolamaya yönelik kompozit tank malzemelerinin performansının mikroyapı modifikasyonu ile iyileştirilmesi
ZEYNEP AY
Doktora
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TANOĞLU
- Numerical modelling of phase change material integrated metal hydride hydrogen storage tank
Faz değişim malzemesi entegreli metal hidrat hidrojen depolama tankının sayısal modellenmesi
TACETTİN DİŞLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiTermodinamik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET AKİF EZAN
- Mekanik alaşımlama ve FAST sinterleme yöntemleriyle gözenekli %7 Ni içeren Mg alaşımı (Mg7Ni) geliştirilmesi ; hidrojen depolama uygulamaları için incelenmesi
Development of porous 7%ni Mg alloy (Mg7Ni) by mechanical alloying and FAST sintering methods; investigation for hydrogen storage applications
EZGİ DEDEBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiEge ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RASİM İPEK
- Gemi yakıtlarında hidrojen katkısının kullanımı; bir dizel motordaki salım değerleri üzerine etkisinin analizi
Use of hydrogen additive in ship fuels; an analysis of the effect on emissions in a diesel engine
YAVUZ ALİ IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Gemi MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiGemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK KÖSEOĞLU
- (La0,75Mg0,25)2(Ni0,80Co0,20)7 hidrojen depolama alaşımının elektro-deoksidasyon yöntemi ile üretimi, karakterizasyonu ve ısıl işlemin etkisi
Synthesis and characterization of (La0,75Mg0,25)2(Ni0,80Co0,20)7hydrogen storage alloys by electro-deoxidation technique and effects of heat treatment
DUYGU AKPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ANIK