Résumé:

W ekologicznych rozwiązaniach samochodowych zbiorniki sprężonego lub ciekłego wodoru zostaną w przyszłości zastąpione przez zbiorniki adsorbcyjne. Odwracalna adsorpcja, w ustalonych a priori warunkach eksploatacji (p, T) wymaga doboru odowiedniego adsorbenta. Powinien on spełniać ustalone przez DOE (US Department of Energy) normy: w temperaturze pokojowej i ciśnieniu poniżej 100 bar adsorbat powinien miec gęstość 60 kg/m3 a zaadsorbowany gaz stanowić 6% masy układu (norma 2010), a docelowo (norma 2015) - 9% masy przy gęstości 81 kg/m3. Aby osiągnąć te parametry, w ciągu ostatnich 15 lat przebadano szeroki wachlarz adsorbentów. Większość potencjalnie interesujących materiałów (wodorki metali, zeolity, MOF-y, COF-y) jest technologicznie nieopłacalna. Zmodyfikowane węgle aktywowane stanowią nadal najbardziej obiecującą grupę absobentów wodoru, ze względu na ich mała gęstość, dobrze znaną technologię (łatwość modyfikacji chemicznych) i niewielki koszt. Czysty porowaty węgiel wykazuje niewystarczające dla praktycznych zastosowań parametry adsorpcji wodoru ( mniej niż 8% masy w temperaturze azotowej i <1.5% w temperaturze pokojowej). Mała adsorbcja jest konsekwencją słabej energii fizysorbcji wodoru na węglu (~5 kJ/mol). Jednym ze sposobów zwiększenia adsorpcji porowatych węgli jest ich modyfikacja poprzez kontrolę wielkości porów, domieszkowanie lub substytucję atomów węgla innymi pierwiastkami. Niniejsze seminarium przedstawi teoretyczne granice adsorbcji wodoru w nanoporach zbudowanych z płaszczyzn grafitowych. Omówiony zostanie wpływ rozmiarów i geometrii porów na parametry adsorpcji. Przeanalizowane zostaną niektóre perspektywy zwiększenia adsorbcji poprzez modyfikację ścian adsorbenta, strukturalną (np. hole drilling) lub chemiczną (podstawienie części atomów węgla borem). Ta ostania prowadzi do lokalnej deformacji zarówno struktury grafitu, jak i energetycznej struktury adsorbentu i jest aktualnie intensywnie badana ekserymentalnie i numerycznie. Całość przedstawionych rezultatów jest wynikiem eksperymentów numerycznych (symulacje Monte Carlo w wielkim układzie kanonicznym) i zostanie przedyskutowana w porównaniu z najnowszymi wynikami eksperymentalnymi.